JPH0213143B2 - - Google Patents
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- JPH0213143B2 JPH0213143B2 JP56195005A JP19500581A JPH0213143B2 JP H0213143 B2 JPH0213143 B2 JP H0213143B2 JP 56195005 A JP56195005 A JP 56195005A JP 19500581 A JP19500581 A JP 19500581A JP H0213143 B2 JPH0213143 B2 JP H0213143B2
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- pressure
- piston element
- heat
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Classifications
-
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- 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
- F02G1/053—Component parts or details
-
- 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
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- F02G1/0535—Seals or sealing arrangements
-
- 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
- F02G2253/00—Seals
- F02G2253/02—Reciprocating piston seals
-
- 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
- F02G2258/00—Materials used
- F02G2258/10—Materials used ceramic
-
- 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
- F02G2270/40—Piston assemblies
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Compressor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野〕
本発明は閉サイクルガス機関であるスターリン
グサイクルを原動機あるいは冷凍機として用いら
れる分野に関するもので具体的には、自動車、船
舶などの駆動源、ヒートポンプ発電機などの装置
の動力源として用いられるエンジンや、種々の冷
却装置やクライオポンプなど寒冷発生として用い
られる冷凍機などに利用される。
グサイクルを原動機あるいは冷凍機として用いら
れる分野に関するもので具体的には、自動車、船
舶などの駆動源、ヒートポンプ発電機などの装置
の動力源として用いられるエンジンや、種々の冷
却装置やクライオポンプなど寒冷発生として用い
られる冷凍機などに利用される。
（従来技術）
第１図はスターリングサイクルによるダブルア
クテイングの原動機の機器構成で、１〜４はシリ
ンダ、５〜８はピストン、９〜１２はピストンロ
ツドで図示しないピストン往復動機構（クランク
シヤフト、揺動板、回転斜板等）にほぼ90度の位
相差で、それぞれ往復動するよう連結されてい
る。作動流体（通常はガスでフレオン、水素、ヘ
リウム等、或は混合気体、特殊例としてメタン
水）は、それぞれの熱サイクルを形成する膨張部
１３〜１６と圧縮部１７〜２０との間にヒーター
チウブ２１〜２４、蓄熱器２５〜２８、放熱器２
９〜３２を介してつながつている内部に数10気圧
から200気圧で封入されている。但し、３３〜３
６は、ピストンリング、３７〜４０は作動流体を
ロツドでシールするグランド・パツキングであ
り、高圧（100〜200気圧）の作動流体がピストン
往復動機構のクランクケースへ漏えいするのを防
ぐ。動力はヒーターチウブ２１〜２４が600〜800
℃に加熱されると作動流体が膨張空間１３〜１６
でそれぞれのピストン５〜８を押す仕事をすると
同時に、圧縮空間１７〜２０では作動流体を押す
仕事をするため、膨張仕事と圧縮仕事の差が有効
仕事として図示しないピストン往復動機構より得
られる。但し、放熱器２９〜３２は作動流体が圧
縮時においては50゜〜120℃となるためその熱を大
気に放熱する。この原動機は、第２図に示すよう
に理想的には４つのサイクルの作動流体が90゜の
位相差で、高圧で正弦波的にそれぞれ変動（140
〜250気圧、第２図の例、横軸はクランク角）し
ながら、動力を発生するのであるがそれぞれの膨
張空間と90゜位相の異なるそれぞれのサイクルの
圧縮空間と同一ピストンの両端でピストンリング
を介して形成している。第２図に各サイクルの作
動流体の圧力変動とクランク角の関係を示す。通
常これらのピストンはほぼ常温の圧縮部１７〜２
０と高温度の膨張部１３〜16が同一ピストンの両
端に形成され、しかも第２図が示す如く、大きな
圧力変動を伴うため比較的肉厚の耐熱材料で作ら
れている。
クテイングの原動機の機器構成で、１〜４はシリ
ンダ、５〜８はピストン、９〜１２はピストンロ
ツドで図示しないピストン往復動機構（クランク
シヤフト、揺動板、回転斜板等）にほぼ90度の位
相差で、それぞれ往復動するよう連結されてい
る。作動流体（通常はガスでフレオン、水素、ヘ
リウム等、或は混合気体、特殊例としてメタン
水）は、それぞれの熱サイクルを形成する膨張部
１３〜１６と圧縮部１７〜２０との間にヒーター
チウブ２１〜２４、蓄熱器２５〜２８、放熱器２
９〜３２を介してつながつている内部に数10気圧
から200気圧で封入されている。但し、３３〜３
６は、ピストンリング、３７〜４０は作動流体を
ロツドでシールするグランド・パツキングであ
り、高圧（100〜200気圧）の作動流体がピストン
往復動機構のクランクケースへ漏えいするのを防
ぐ。動力はヒーターチウブ２１〜２４が600〜800
℃に加熱されると作動流体が膨張空間１３〜１６
でそれぞれのピストン５〜８を押す仕事をすると
同時に、圧縮空間１７〜２０では作動流体を押す
仕事をするため、膨張仕事と圧縮仕事の差が有効
仕事として図示しないピストン往復動機構より得
られる。但し、放熱器２９〜３２は作動流体が圧
縮時においては50゜〜120℃となるためその熱を大
気に放熱する。この原動機は、第２図に示すよう
に理想的には４つのサイクルの作動流体が90゜の
位相差で、高圧で正弦波的にそれぞれ変動（140
〜250気圧、第２図の例、横軸はクランク角）し
ながら、動力を発生するのであるがそれぞれの膨
張空間と90゜位相の異なるそれぞれのサイクルの
圧縮空間と同一ピストンの両端でピストンリング
を介して形成している。第２図に各サイクルの作
動流体の圧力変動とクランク角の関係を示す。通
常これらのピストンはほぼ常温の圧縮部１７〜２
０と高温度の膨張部１３〜16が同一ピストンの両
端に形成され、しかも第２図が示す如く、大きな
圧力変動を伴うため比較的肉厚の耐熱材料で作ら
れている。
（発明が解決しようとする課題）
従つて、重量が重いため機械損失が大きく、ま
た膨張空間より肉厚の金属を伝つて常温の圧縮空
間に逃げる熱損失も非常の大きい。この結果、原
動機率の低下の因子となるという問題点があつ
た。これを防ぐため実開昭56−66144のような構
造にすることが考えられている。但ちピストンを
中空ドーム体とし、その基台に一方向弁による吸
入弁を設け、弁の開閉圧力を適当な値に調整し最
高作動ガス圧力よりある一定値だけ低い圧力とピ
ストン内部に保持することで、ドーム体の肉厚を
薄くし、軽量化して、機関損失を低経させること
をねらつたものである。しかしこの構造では圧力
制御方式で出力制御を行う運転において最大出力
での運転ののち、出力減少時にて圧力を下げた場
合には、ピストン内部にかなり高圧力のガスが残
留し、そのための耐圧構造を取る必要があり、軽
量化の目的からははずれてしまうという欠点があ
つた。さらにピストン内部が中空であるためにピ
ストンの両端面間にある温度差により内部で対流
が起こり熱移動が生じ機関の熱効率を低下させる
という欠点もあつた。
た膨張空間より肉厚の金属を伝つて常温の圧縮空
間に逃げる熱損失も非常の大きい。この結果、原
動機率の低下の因子となるという問題点があつ
た。これを防ぐため実開昭56−66144のような構
造にすることが考えられている。但ちピストンを
中空ドーム体とし、その基台に一方向弁による吸
入弁を設け、弁の開閉圧力を適当な値に調整し最
高作動ガス圧力よりある一定値だけ低い圧力とピ
ストン内部に保持することで、ドーム体の肉厚を
薄くし、軽量化して、機関損失を低経させること
をねらつたものである。しかしこの構造では圧力
制御方式で出力制御を行う運転において最大出力
での運転ののち、出力減少時にて圧力を下げた場
合には、ピストン内部にかなり高圧力のガスが残
留し、そのための耐圧構造を取る必要があり、軽
量化の目的からははずれてしまうという欠点があ
つた。さらにピストン内部が中空であるためにピ
ストンの両端面間にある温度差により内部で対流
が起こり熱移動が生じ機関の熱効率を低下させる
という欠点もあつた。
そこで本発明は、閉サイクルのガス機関のピス
トン構造に関するもので、断熱化と軽量化を単純
な構造で行うことにより、機関損失及び熱損失を
少なくして機関効率を向上させることをその技術
的課題となる。
トン構造に関するもので、断熱化と軽量化を単純
な構造で行うことにより、機関損失及び熱損失を
少なくして機関効率を向上させることをその技術
的課題となる。
（課題を解決するための技術的手段及び作用）
上記した技術的課題を解決するために講じた手
段は、従来の中空ピストンに吸入弁を設けた構造
にさらにピストン内部からのガスを排出する吐出
弁としての一方向弁を設置した構造とピストン中
空内部に断熱材を格納し内部での対流を防ぐ構造
にしたことである。
段は、従来の中空ピストンに吸入弁を設けた構造
にさらにピストン内部からのガスを排出する吐出
弁としての一方向弁を設置した構造とピストン中
空内部に断熱材を格納し内部での対流を防ぐ構造
にしたことである。
（実施例）
本発明の実施例を第３図に基いて説明する。
４１は薄肉のセラミツクや耐熱合金で作られ、
ボルト留め用のメネジ部４２をもつフランジ部４
３と一体化構造で作られ、ピストン素子４はキヤ
ツプ内に作動流体を吸入する弁４５、キヤツプ外
に作動流体を排出する弁５１、ボルト穴４６、シ
ールリング溝４７、ピストンリング溝、ガイドス
リーブ溝等４８、ピストンをピストンロツドに固
定するための小穴４９を持つ。
ボルト留め用のメネジ部４２をもつフランジ部４
３と一体化構造で作られ、ピストン素子４はキヤ
ツプ内に作動流体を吸入する弁４５、キヤツプ外
に作動流体を排出する弁５１、ボルト穴４６、シ
ールリング溝４７、ピストンリング溝、ガイドス
リーブ溝等４８、ピストンをピストンロツドに固
定するための小穴４９を持つ。
ピストンキヤツプ内５０には、多数の小穴のあ
けられた本発明の上板及び下板である金属材５４
（例えばステンレスで0.3mm厚さ、小穴0.3mm、30
％空隙率）と断熱材55（例えば、シリカウール、
ボロン、カーボンフアイバー）等とが高温度にな
るピストンヘツド５３より常温度のピストン素子
４への熱輻射やピストン内の作動流体にらる対流
を防ぐために詰められている。尚、冷凍機に用い
る場合のピストンキヤツプ材料はキヤツプ上部が
低温度（例えば−260℃）になるため実施例では
複合材料、プラスチツク、FRP等が用いられて
いる。これにより金属に較べ熱損失が大幅に低下
し、効率の向上となる。
けられた本発明の上板及び下板である金属材５４
（例えばステンレスで0.3mm厚さ、小穴0.3mm、30
％空隙率）と断熱材55（例えば、シリカウール、
ボロン、カーボンフアイバー）等とが高温度にな
るピストンヘツド５３より常温度のピストン素子
４への熱輻射やピストン内の作動流体にらる対流
を防ぐために詰められている。尚、冷凍機に用い
る場合のピストンキヤツプ材料はキヤツプ上部が
低温度（例えば−260℃）になるため実施例では
複合材料、プラスチツク、FRP等が用いられて
いる。これにより金属に較べ熱損失が大幅に低下
し、効率の向上となる。
本発明の主要な構成である吸入、吐出弁の作用
よる効果を以下に説明する。
よる効果を以下に説明する。
第２図のような圧力変動が最大出力時のもので
あるとする。第３図の構成によるピストンの吸入
圧力、吐出圧力の設定を最大出力時の圧力変動巾
の1/2（第２図の場合は55気圧）とすると、最大
出力時にはピストン内部圧力は195気圧となり、
ピトンキヤツプにかかる圧力は±55気圧である。
あるとする。第３図の構成によるピストンの吸入
圧力、吐出圧力の設定を最大出力時の圧力変動巾
の1/2（第２図の場合は55気圧）とすると、最大
出力時にはピストン内部圧力は195気圧となり、
ピトンキヤツプにかかる圧力は±55気圧である。
出力減少時（この場合圧力制御方式であるので
圧力減少時）の過程では例えば、140気圧−250気
圧が100気圧−178気圧となる時には吐出弁５１よ
りピストン内部の作動ガスが排出され、ピストン
内部圧力は155気圧まで下る。
圧力減少時）の過程では例えば、140気圧−250気
圧が100気圧−178気圧となる時には吐出弁５１よ
りピストン内部の作動ガスが排出され、ピストン
内部圧力は155気圧まで下る。
従つて、この時、ピストンに作用する圧力は、
外圧は最大23気圧、内圧は最大55気圧となる。つ
まり全負荷範囲においてピストンは、55気圧の耐
圧構造でよくなり、従来に較べ薄肉で軽量化が可
能となる。
外圧は最大23気圧、内圧は最大55気圧となる。つ
まり全負荷範囲においてピストンは、55気圧の耐
圧構造でよくなり、従来に較べ薄肉で軽量化が可
能となる。
以上述べたように、本発明においては、ピスト
ンキヤツプ内の圧力は、吸入弁・吐出弁の作用に
より自動的に設定されることになるので、事前に
ピストンキヤツプ内に所定圧力のガスを封入する
必要がない。また、断熱・補強体は、少なくとも
１つの貫通穴が形成された上板および下板ならび
に上板と下板との間に介設された断熱材から形成
したので、断熱材の厚みを適宜設定することによ
り、ガス機関の定格に応じた断熱効果を得ること
が出来る。
ンキヤツプ内の圧力は、吸入弁・吐出弁の作用に
より自動的に設定されることになるので、事前に
ピストンキヤツプ内に所定圧力のガスを封入する
必要がない。また、断熱・補強体は、少なくとも
１つの貫通穴が形成された上板および下板ならび
に上板と下板との間に介設された断熱材から形成
したので、断熱材の厚みを適宜設定することによ
り、ガス機関の定格に応じた断熱効果を得ること
が出来る。
第１図はダブルアクテイング方式のガス機関の
原理図、第２図はダブルアクテイング方式の圧力
変動説明図、第３図は本発明にかかるピストン構
造図である。 ４０……ピストンキヤツプ、４３……ピストン
素子、４５……吸入弁、５１……吐出弁。
原理図、第２図はダブルアクテイング方式の圧力
変動説明図、第３図は本発明にかかるピストン構
造図である。 ４０……ピストンキヤツプ、４３……ピストン
素子、４５……吸入弁、５１……吐出弁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ピストン素子、前記ピストン素子に内蔵され
た吸入弁、前記ピストン素子に内蔵された吐出
弁、前記ピストン素子に固定されたピストンキヤ
ツプを備え、シリンダ内に往復動可能に装架され
て、ヒータチユーブ、畜熱器および放熱器を介し
て相互連通する膨張部と圧縮部とを前記シリンダ
内に画成するガス機関のピストン。 ２ ピストン素子、前記ピストン素子に内蔵され
た吸入弁、前記ピストン素子に内蔵された吐出
弁、前記ピストン素子に固定されたピストンキヤ
ツプを備え、シリンダ内に往復動可能に装架され
て、ヒータチユーブ、蓄熱器および放熱器を介し
て相互連通する膨張部と圧縮部とを前記シリンダ
内に画成するガス機関のピストンにおいて、前記
ピストンキヤツプ内に装架された断熱・補強体を
少なくとも１つの貫通穴が形成された上板および
下板ならびに前記上板と前記下板との間に介設さ
れた断熱材から形成したガス機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19500581A JPS5896148A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | ガス機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19500581A JPS5896148A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | ガス機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896148A JPS5896148A (ja) | 1983-06-08 |
| JPH0213143B2 true JPH0213143B2 (ja) | 1990-04-03 |
Family
ID=16333944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19500581A Granted JPS5896148A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | ガス機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896148A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0568459U (ja) * | 1991-07-30 | 1993-09-17 | 純一郎 久世 | 補助吸い込み口付き電気掃除機。 |
| DE10110446A1 (de) * | 2001-03-05 | 2002-09-19 | Solo Kleinmotoren Gmbh | Kolben und Zylinder für einen Stirling-Motor |
| CN104675555A (zh) * | 2013-11-27 | 2015-06-03 | 科林洁能能源公司 | 用于斯特林发动机的活塞组件 |
| JP6490054B2 (ja) * | 2014-03-25 | 2019-03-27 | 住友重機械工業株式会社 | スターリング冷凍機 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5866144U (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-06 | アイシン精機株式会社 | スタ−リング機関用ピストン |
-
1981
- 1981-12-02 JP JP19500581A patent/JPS5896148A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5896148A (ja) | 1983-06-08 |
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