JPH0213139B2 - - Google Patents
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- JPH0213139B2 JPH0213139B2 JP17882883A JP17882883A JPH0213139B2 JP H0213139 B2 JPH0213139 B2 JP H0213139B2 JP 17882883 A JP17882883 A JP 17882883A JP 17882883 A JP17882883 A JP 17882883A JP H0213139 B2 JPH0213139 B2 JP H0213139B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- expansion
- compression
- crankshaft
- temperature
- Prior art date
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- Expired
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 33
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 33
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
Description
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、ガス機関、特に冷凍機、原動機、ヒ
ートポンプ等に利用されるものである。 （従来の技術） 従来よりスターリングサイクルのガス機関は、
原理的には圧縮部と膨張部に温度差が存在すれば
スターリングサイクルが成立し、温度そのものの
絶対値は関与しないことから、入力を高温度の熱
源とすれば動力を発生する外燃機関となり、逆に
動力を与えることによつて極低温度を発生する冷
凍機やヒートポンプとなり、更に圧縮部の拝熱温
度を−200℃近い温度とし、膨張部の吸熱温度を
室温付近の数十℃としても原動機として機能する
ことが知られている。例えば、従来「自動車工学
全書８巻電気自動車、新形原動機」昭和55年10月
15日、(株)山海堂発行、P139、図２．１３に示さ
れるものがある。このものは、鉛直方向に上下動
する膨張ピストンと、該膨張ピストンの両側にバ
ンク角90度の範囲で配置された膨張ピストンと圧
縮ピストンとを１本のクランク軸により駆動させ
たスターリングサイクルのガス構成が示され、逆
Ｔ字型スターリングエンジンを構成している。 （発明が解決しようとする問題点） 上記した従来のガス構成においては、非常に高
効率を得られるものの、３つのピストンの動きの
対称性が悪くて、ピストンの運動によるピストン
の質量中心の変動が大きく、機械振動の原因にな
り得て、振動が発生し易いという問題があると共
に、膨張ピストンと圧縮ピストン間のバンク角が
90度であるため、両室間の死容積が大きく、効率
を向上させるための妨げとなるという問題があつ
た。 そこで本発明は、振動の発生を防止すると共
に、このための機構を単純化することを、その技
術的課題とする。 〔発明の構造〕 （問題点を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた技
術的手段は、当該スターリングサイクルのガス機
関をクランク軸により駆動されて鉛直に上下動す
るガイドピストン付膨張ピストン１本と、該膨張
ピストンの両側に配置されて夫々45〜90度の範囲
で同じバンク角を成し同位相で容積変化を行うよ
うに前記クランク軸により駆動される１対のガイ
ドピストン付圧縮ピストンとを備え、前記膨張ピ
ストンが形成する膨張室と前記各圧縮ピストンが
形成する圧縮空間とを熱交換器、蓄熱器及び放熱
器を介して連結して成る構成とすること、であ
る。 （作用） 上記技術的手段は、次のように作用する。即
ち、１本のクランク軸の回転により、鉛直方向の
１本の膨張ピストンと、２つ圧縮室の容積が同位
相で変化する２本の圧縮ピストンとを、夫々独立
のクランクピンを介してバンク角45〜90度の範囲
で往復動を行わせる。 従つて、２本の圧縮ピストンの仕事量の変化が
同位相で且つ、同量なので振動の原因となる２本
のピストンの質量中心の変動が少なくなり動バラ
ンスが良く（可動機械の駆動状態で可動部の質量
中心の移動が少ない）、機械振動を極めて低くす
ることができると共に、膨張ピストン及び膨張シ
リンダが装置中心に配置できるので、冷凍機とし
て冷凍が利用し易い。 また、バンク角が90度から45度に近づくに従
い、圧縮室と蓄熱器との距離が短くなつて作動流
体の圧力損失が低下するので効率を向上できる。 また、更に１本のクランク軸に、夫々独立のク
ランクピンを設けることにより、圧縮ピストンと
膨張ピストンとの位相角並びにバンク角が任意に
変えられることと、膨張ピストン及び圧縮ピスト
ンのストロークが変えられる（出力の可変が容易
である）ので、冷凍機では冷凍温度、原動機では
入力温度、及び死容積により効率の最大となる位
相角が異なるが、膨張室及び圧縮室の容積をピス
トン−シリンダ直径とストロークで決める自由度
が大きくとれることから、その対応を容易にする
ことができると共に、膨張ピストンのストローク
を圧縮ピストンより短くしてモーシヨナルヒート
リークを少なくして効率を向上できる。 （実施例） 以下、上記技術的手段の具体例を示す実施例に
ついて説明する。 第１図において、膨張シリンダ２内の膨張ピス
トン（デイスプレーサとも言う）１は、クランク
軸８、クランクピン７ａより連接棒６ａ、ガイド
軸８、クランクピン７ａより連接棒６ａ、ガイド
ピストン５ａ、ダイアフラム１０ａのつけられた
ピストンロツド９ａに連結され上下動し、膨張室
１５の容積を可変する。即ち、冷凍機や原動機の
場合では、膨張ピストン１は、膨張時に流体から
クランク軸８を回す仕事をさせられて低温や動力
の発生をする。つまり、スターリングサイクルに
おいては、等温膨張行程が等温圧縮行程の温度よ
り高ければ原動機であり、逆に低ければ冷凍機に
なる。次頁のＡ図に示すＴ−Ｓ図で簡単に説明す
ると、Ａ→Ｂの行程は等温圧縮行程でその温度は
Tcである。その後原動機ではＢ→Ｃ→Ｄ→Ａと
サイクルを描き、冷凍機ではＢ→C′→D′→Ａのサ
イクルになる。等温膨張行程は、原動機ではＣ→
Ｄで温度はTe（＞Tc）であり、冷凍機ではC′→
D′で温度はTr（＜Tc）である。いずれの膨張行
程でも外部から熱が流入し、原動機の場合は高温
での熱流入が動力の発生になり、冷凍機の場合は
低温での熱流入となり冷凍の発生になる。
ートポンプ等に利用されるものである。 （従来の技術） 従来よりスターリングサイクルのガス機関は、
原理的には圧縮部と膨張部に温度差が存在すれば
スターリングサイクルが成立し、温度そのものの
絶対値は関与しないことから、入力を高温度の熱
源とすれば動力を発生する外燃機関となり、逆に
動力を与えることによつて極低温度を発生する冷
凍機やヒートポンプとなり、更に圧縮部の拝熱温
度を−200℃近い温度とし、膨張部の吸熱温度を
室温付近の数十℃としても原動機として機能する
ことが知られている。例えば、従来「自動車工学
全書８巻電気自動車、新形原動機」昭和55年10月
15日、(株)山海堂発行、P139、図２．１３に示さ
れるものがある。このものは、鉛直方向に上下動
する膨張ピストンと、該膨張ピストンの両側にバ
ンク角90度の範囲で配置された膨張ピストンと圧
縮ピストンとを１本のクランク軸により駆動させ
たスターリングサイクルのガス構成が示され、逆
Ｔ字型スターリングエンジンを構成している。 （発明が解決しようとする問題点） 上記した従来のガス構成においては、非常に高
効率を得られるものの、３つのピストンの動きの
対称性が悪くて、ピストンの運動によるピストン
の質量中心の変動が大きく、機械振動の原因にな
り得て、振動が発生し易いという問題があると共
に、膨張ピストンと圧縮ピストン間のバンク角が
90度であるため、両室間の死容積が大きく、効率
を向上させるための妨げとなるという問題があつ
た。 そこで本発明は、振動の発生を防止すると共
に、このための機構を単純化することを、その技
術的課題とする。 〔発明の構造〕 （問題点を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた技
術的手段は、当該スターリングサイクルのガス機
関をクランク軸により駆動されて鉛直に上下動す
るガイドピストン付膨張ピストン１本と、該膨張
ピストンの両側に配置されて夫々45〜90度の範囲
で同じバンク角を成し同位相で容積変化を行うよ
うに前記クランク軸により駆動される１対のガイ
ドピストン付圧縮ピストンとを備え、前記膨張ピ
ストンが形成する膨張室と前記各圧縮ピストンが
形成する圧縮空間とを熱交換器、蓄熱器及び放熱
器を介して連結して成る構成とすること、であ
る。 （作用） 上記技術的手段は、次のように作用する。即
ち、１本のクランク軸の回転により、鉛直方向の
１本の膨張ピストンと、２つ圧縮室の容積が同位
相で変化する２本の圧縮ピストンとを、夫々独立
のクランクピンを介してバンク角45〜90度の範囲
で往復動を行わせる。 従つて、２本の圧縮ピストンの仕事量の変化が
同位相で且つ、同量なので振動の原因となる２本
のピストンの質量中心の変動が少なくなり動バラ
ンスが良く（可動機械の駆動状態で可動部の質量
中心の移動が少ない）、機械振動を極めて低くす
ることができると共に、膨張ピストン及び膨張シ
リンダが装置中心に配置できるので、冷凍機とし
て冷凍が利用し易い。 また、バンク角が90度から45度に近づくに従
い、圧縮室と蓄熱器との距離が短くなつて作動流
体の圧力損失が低下するので効率を向上できる。 また、更に１本のクランク軸に、夫々独立のク
ランクピンを設けることにより、圧縮ピストンと
膨張ピストンとの位相角並びにバンク角が任意に
変えられることと、膨張ピストン及び圧縮ピスト
ンのストロークが変えられる（出力の可変が容易
である）ので、冷凍機では冷凍温度、原動機では
入力温度、及び死容積により効率の最大となる位
相角が異なるが、膨張室及び圧縮室の容積をピス
トン−シリンダ直径とストロークで決める自由度
が大きくとれることから、その対応を容易にする
ことができると共に、膨張ピストンのストローク
を圧縮ピストンより短くしてモーシヨナルヒート
リークを少なくして効率を向上できる。 （実施例） 以下、上記技術的手段の具体例を示す実施例に
ついて説明する。 第１図において、膨張シリンダ２内の膨張ピス
トン（デイスプレーサとも言う）１は、クランク
軸８、クランクピン７ａより連接棒６ａ、ガイド
軸８、クランクピン７ａより連接棒６ａ、ガイド
ピストン５ａ、ダイアフラム１０ａのつけられた
ピストンロツド９ａに連結され上下動し、膨張室
１５の容積を可変する。即ち、冷凍機や原動機の
場合では、膨張ピストン１は、膨張時に流体から
クランク軸８を回す仕事をさせられて低温や動力
の発生をする。つまり、スターリングサイクルに
おいては、等温膨張行程が等温圧縮行程の温度よ
り高ければ原動機であり、逆に低ければ冷凍機に
なる。次頁のＡ図に示すＴ−Ｓ図で簡単に説明す
ると、Ａ→Ｂの行程は等温圧縮行程でその温度は
Tcである。その後原動機ではＢ→Ｃ→Ｄ→Ａと
サイクルを描き、冷凍機ではＢ→C′→D′→Ａのサ
イクルになる。等温膨張行程は、原動機ではＣ→
Ｄで温度はTe（＞Tc）であり、冷凍機ではC′→
D′で温度はTr（＜Tc）である。いずれの膨張行
程でも外部から熱が流入し、原動機の場合は高温
での熱流入が動力の発生になり、冷凍機の場合は
低温での熱流入となり冷凍の発生になる。
以上の如き本発明によれば、次の特有の効果が
得られる。即ち、 (イ) 振動の発生を防ぐため、通常のガス機関では
１つの膨張室に対し、１つの圧縮室をもつてい
るのが基本的な構成であるが、本発明では１つ
の膨張室に対し、２本のガイドピストン付き圧
縮ピストンにより同位相で容積可変される２つ
の圧縮室を設けている。これにより、鉛直方向
で仕事の発生をする膨張ピストンに対し、圧縮
仕事をする圧縮ピストンが、バンク角45〜90度
で配置されるので、夫々の圧縮ピストンの運動
に伴う質量中心の変動が少なくなるため、クラ
ンク軸を介してガス機関へ伝わる振動発生の力
の成分は極めて少なくすることができる。（90
度では殆どなくなる。 (ロ) 機構を単純化するため、クランクシヤフトに
膨張ピストンと圧縮ピストンとの位相を決め、
且つ夫々のストロークを決めるクランクピンを
夫々独立に設けている。これにより、簡単にス
トローク並びに膨張ピストンと圧縮ピストンと
の位相差の変更はできるようになり、出力の可
変の設計自由度を大きくすることができる。従
つて、本発明では、従来のガス機関としての基
本的な構成、ピストン往復動機構並びに位相差
を決める技術等であるロンビツクドライブやギ
ヤによる位相変換、多気筒往復動型機器構成等
によらずにガス機関を構成することができるた
め、部品数を消減でき低価格で保守の容易なガ
ス機関を提供することができる。
得られる。即ち、 (イ) 振動の発生を防ぐため、通常のガス機関では
１つの膨張室に対し、１つの圧縮室をもつてい
るのが基本的な構成であるが、本発明では１つ
の膨張室に対し、２本のガイドピストン付き圧
縮ピストンにより同位相で容積可変される２つ
の圧縮室を設けている。これにより、鉛直方向
で仕事の発生をする膨張ピストンに対し、圧縮
仕事をする圧縮ピストンが、バンク角45〜90度
で配置されるので、夫々の圧縮ピストンの運動
に伴う質量中心の変動が少なくなるため、クラ
ンク軸を介してガス機関へ伝わる振動発生の力
の成分は極めて少なくすることができる。（90
度では殆どなくなる。 (ロ) 機構を単純化するため、クランクシヤフトに
膨張ピストンと圧縮ピストンとの位相を決め、
且つ夫々のストロークを決めるクランクピンを
夫々独立に設けている。これにより、簡単にス
トローク並びに膨張ピストンと圧縮ピストンと
の位相差の変更はできるようになり、出力の可
変の設計自由度を大きくすることができる。従
つて、本発明では、従来のガス機関としての基
本的な構成、ピストン往復動機構並びに位相差
を決める技術等であるロンビツクドライブやギ
ヤによる位相変換、多気筒往復動型機器構成等
によらずにガス機関を構成することができるた
め、部品数を消減でき低価格で保守の容易なガ
ス機関を提供することができる。
第１図は、本発明のスターリングサイクルのガ
ス機関の一実施例を示す断面図、第２図は第１図
に示すバンク角60度の時の膨張ピストン及び圧縮
ピストン用のガイドピストンと、それらのクラン
クピンの位置を示す概略図、第３図は本発明の変
形例を示すバンク角90度の時の膨張ピストン及び
圧縮ピストン用のガイドピストンと、それらのク
ランクピンの位置を示す概略図である。 １……膨張ピストン、２……膨張シリンダ、３
ｂ，３ｃ……圧縮ピストン、４ｂ，４ｃ……圧縮
シリンダ、５ａ，５ｂ，５ｃ……ガイドピスト
ン、７ａ，７ｂ，７ｃ……クランクピン、８……
クランク軸、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……ダイア
フラム、１７ｂ，１７ｃ……熱交換器、１８ｂ，
１８ｃ……蓄熱器、１９ｂ，１９ｃ……放熱器。
ス機関の一実施例を示す断面図、第２図は第１図
に示すバンク角60度の時の膨張ピストン及び圧縮
ピストン用のガイドピストンと、それらのクラン
クピンの位置を示す概略図、第３図は本発明の変
形例を示すバンク角90度の時の膨張ピストン及び
圧縮ピストン用のガイドピストンと、それらのク
ランクピンの位置を示す概略図である。 １……膨張ピストン、２……膨張シリンダ、３
ｂ，３ｃ……圧縮ピストン、４ｂ，４ｃ……圧縮
シリンダ、５ａ，５ｂ，５ｃ……ガイドピスト
ン、７ａ，７ｂ，７ｃ……クランクピン、８……
クランク軸、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……ダイア
フラム、１７ｂ，１７ｃ……熱交換器、１８ｂ，
１８ｃ……蓄熱器、１９ｂ，１９ｃ……放熱器。
Claims (1)
- １ クランク軸により駆動されて鉛直に上下動す
るガイドピストン付膨張ピストン１本と、該膨張
ピストンの両側に配置されて夫々45〜90度の範囲
で同じバンク角を成し同位相で容積変化を行うよ
うに前記クランク軸により駆動される１対のガイ
ドピストン付圧縮ピストンとを備え、前記膨張ピ
ストンが形成する膨張室と前記各圧縮ピストンが
形成する圧縮空間とを熱交換器、蓄熱器及び放熱
器を介して連結して成るスターリングサイクルの
ガス機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17882883A JPS6069252A (ja) | 1983-09-27 | 1983-09-27 | スターリングサイクルのガス機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17882883A JPS6069252A (ja) | 1983-09-27 | 1983-09-27 | スターリングサイクルのガス機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6069252A JPS6069252A (ja) | 1985-04-19 |
| JPH0213139B2 true JPH0213139B2 (ja) | 1990-04-03 |
Family
ID=16055371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17882883A Granted JPS6069252A (ja) | 1983-09-27 | 1983-09-27 | スターリングサイクルのガス機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6069252A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03502354A (ja) * | 1988-11-18 | 1991-05-30 | ヨハネス、ニコラス・ジェイ | 内燃機関 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6146451A (ja) * | 1984-08-11 | 1986-03-06 | Toshiba Corp | スタ−リングエンジン |
| US8590300B2 (en) * | 2008-10-20 | 2013-11-26 | Sunpower, Inc. | Balanced multiple groupings of beta stirling machines |
-
1983
- 1983-09-27 JP JP17882883A patent/JPS6069252A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03502354A (ja) * | 1988-11-18 | 1991-05-30 | ヨハネス、ニコラス・ジェイ | 内燃機関 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6069252A (ja) | 1985-04-19 |
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