JPH02245452A

JPH02245452A - スターリング機関圧縮機

Info

Publication number: JPH02245452A
Application number: JP6458089A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Momose; 豊百瀬
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-10-01
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JP2770384B2

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】（発明の目的）（産業上の利用分野）本発明は、化石燃料の燃焼熱、排熱及び太陽熱等の熱源
により駆動されるスターリング機関圧縮機に関し、空気
圧縮機や空調機器に利用される圧縮機に無潤滑式圧縮機
として利用される。

（従来の技術）従来、この種の圧縮機として、例えば西トイ゛ン公開特
許公報第３３１４７０５号公報に開示されるものがあっ
た。このものは、スターリング機関の圧縮空間の圧力変
化をダイアフラムの軸方向の変移に変換し、この変移に
伴うポンプ作用でもって流体回路内の流体を圧縮（循環
）しようとするものである。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記した従来の圧縮機においては、ダイアフ
ラムにはスターリング機関の作動空間内の作動ガス圧力
と流体回路内の流体圧力が対向して作用しているのみで
あるため、ダイアワ・ラムを挟む２流体の平均圧力に差
があると、ダイアフラムは平均圧力の低い側に偏奇させ
られ、それにより、圧縮空間の圧力変化による軸方向の
変移が阻止されポンプ作用が行われないばかりでなく、
膨張空間と圧縮空間との位相差（デイスプレーサピスト
ンとダイアフラムの位相差）が１８０＠であるため、ス
ターリングサイクルが形成されずスターリング機関の出
力を効率的に圧縮機として得ることができないという問
題があった。

そこで本発明は、ダイアフラムを挟む２流体の平均圧力
に差があっても圧縮機としての作用が消失しないように
すると共に、スターリング機関の出力を効率的に圧縮機
として得ることができるようにすることを、その技術的
課題とする。

〔発明の構成］（課題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、シリンダ内に摺動可能に嵌挿されるデイスプレー
サピストンにより該デイスプレーサピストンの両端に夫
々膨張空間と圧縮空間とが形成され、熱源により加熱さ
れる伝熱管、蓄熱器及び冷却器を介して前記膨張空間と
圧縮空間とを連通せしめてなるスターリング機関と、ケ
ーシングに外周縁部を気密的に挟持されてその一側に前
記圧縮空間が連通された第１圧力室とその他側に吸排弁
機構を介して流体回路に連結された第２圧力室とを形成
するダイアフラムとから成るスターリング機関圧縮機に
おいて、前記第２圧力室に前記ダイアプラムを常時前記
第１圧力室側に付勢する弾性部材を介装したこと、であ
る。

（作用）これによれば、弾性部材の荷重を任意に設定することに
より、ダイアフラムを挟む２流体の平均圧力に差があっ
ても該圧力差を弾性部材の荷重により補償して、ダイア
フラムを中立位置から圧縮空間の圧力変化に応じて軸方
向に均一に往復変移させることができ、圧縮機としての
機能を最大限に活かすことができる。それと共に、膨張
空間と圧縮空間との位相差（デイスプレーサピストンと
ダイアフラムの位相差）を任意に設定する４とが可能と
なり、スターリング機関の出力を効率的に圧縮機として
得ることができる。

（実施例）以下、本発明に従ったスターリング機関圧縮機の実施例
を図面に基づき説明する。

第１図において、スターリング機関ｌＯはシリンダー１
１の内孔１１ａに摺動可能に嵌挿されたデイスプレーサ
ピストン１２を備えていて、該デイスプレーサピストン
１２によりシリンダー１１内に膨張空間１３と圧縮空間
１４とが区画形成されている。シリンダー１１の外周に
は冷却器１５及び蓄熱器１６が内孔１１ａの同心上に配
置されており、膨張空間１３は複数本のヒーターチュー
ブ１７．蓄熱器１６及び冷却器１５を順次介して圧縮空
間１４に連通されている。ヒーターチューブ１７は本実
施例においては、シリンダー１１の上部に配置された加
熱器１８の凹部内に延在しており、化石燃料の燃焼熱に
より加熱されるようになっている。尚、膨張空間１３か
ら圧縮空間１４に至る作動空間内にはヘリウムガス等の
作動ガスが封入されている。

シリンダー１１の下方にはケーシング２６が固設されて
おり、デイスプレーサピストン１２の圧縮空間１４側に
は、シール部材２３に気密的に摺動可能に嵌挿されてケ
ーシング２５内に形成されるクランク室２４内に突出す
るロッド１９が連結されている。該ロッド１９はロッド
１９に固設されたヨークカム２０及びクランクシャフト
２１を介して電動モータ２２に連結されていて、これに
より、デイスプレーサピストン１２は電動モータ２２が
回転されることにより、内孔１１ａ内を往復摺動される
。

また本実施例においては、ケーシング２５内にクランク
室２４と気密的に隔離されて圧縮空間１４と導管２６を
介して連通されると共に、吸入弁２７及び吐出弁２８を
介して熱交換器３０．３１及び膨張弁３２を有する流体
回路２９に連通される圧力空間３３が形成されている。

圧力空間３３内にはその外周縁部をケーシング２５に気
密的に挟持されたダイアフラム３４が配置されており、
これにより圧力空間３３が導管２６を介して圧縮空間１
４に連通される第１圧力室３５と、吸入弁２７及び吐出
弁２８を介して流体回路２９に連通される第２圧力室３
６とに完全に気密的に区画されている。また、本実施例
においては第２圧力室３６及び流体回路２９内にフレオ
ンガスが充填されており、第２圧力室３６内にはダイア
フラム３４を常時第１圧力室３５側に付勢する本発明に
おける弾性部材であるスプリング３７が介装されている
。

以上の構成から成る本実施例の作用を説明する。

電動モータ２２が駆動されると共に、加熱器１８により
ヒーターチューブ１７が加熱されることによりヒーター
チューブ１７内の作動ガスが加熱されると、デイスプレ
ーサピストン１２が上死点へ向かう時には膨張空間１３
内の作動ガスがヒーターチューブ１７を介して熱を吸熱
して昇温し、蓄熱器１１に放熱（蓄熱）された後冷却器
１５で冷却されて圧縮空間１４に至り、デイスプレーサ
ピストン１２が下死点へ向かう時には圧縮空間１４内の
作動ガスは冷却器１５を通り蓄熱器１６で昇温された後
ヒーターチューブ１７を介して熱を吸熱して更に昇温し
、膨張空間１３に至り膨張する。しかして、本実施例に
おいては第２圧力室３６内に介装されたスプリング３７
の荷重が、膨張空間１３と圧縮空間１４との位相差（デ
イスプレーサピストン１２とダイアフラム３４の位相差
）が任意な値（例えば９０°）になるように設定されて
いるため、デイスプレーサピストン１２の往復動により
スターリングサイクルが形成されている。そのため、デ
イスプレーサピストン１２が上死点へ向かう（第１図示
の状態にある）時には、膨張空間１３内の作動ガスは蓄
熱器１６で放熱され更に冷却器１５で冷却され収縮され
て圧縮空間１４内に至り、作動空間内の作動ガス圧力が
低下し、デイスプレーサピストン１２が下死点に向かう
と圧縮空間１４内の作動ガスは蓄熱器１６及びヒーター
チューブ１７により昇温され膨張されて膨張空間１３内
に至り、作動空間内の作動ガス圧力が上昇する。

従って、デイスプレーサピストン１２が上死点へ向かう
時に、ダイアフラム３４は第２圧力室３６内の圧力とス
プリング３７の荷重により第１圧力室３５側に変移する
と同時に吸入弁２７が開弁じ流体回路２９内の作動流体
（フレオンガス）を第２圧力室３６内に吸入し、デイス
プレーサピストン１２が下死点へ向かう時に、ダイアフ
ラム３４は第２圧力室３６内の圧力とスプリング３７の
荷重に抗して第２圧力室３６側に変移すると同時に排出
弁２８が開弁じ流体回路２９内に第２圧力室３６内の作
動流体（フレオンガス）を排出し、圧縮機として作用す
る。尚、この時、作動空間内の作動ガス（ヘリウムガス
）の平均圧力と流体回路２９内の作動流体（フレオンガ
ス）の平均圧力との間に差があると、該差圧はダイアフ
ラム３４を平均圧力の低い側に偏寄させ、圧縮空間１４
の圧力変化に応じたダイアフラム３４の軸方向の変移を
阻止しようとするが、本実施例においてはスプリング３
７が該差圧を補償しダイアフラム３４を中立位置から圧
縮空間１４の圧力変化に応じて軸方向に均一に往復変移
させることができ、圧縮機としての機能を最大限に活か
すことができる。

更に本実施例においては、第２圧力室３６に介装された
スプリング３７により上記差圧を補償しつつ、膨張空間
１３と圧縮空間１４との位相差（デイスプレーサピスト
ン１２とダイアフラム３４の位相差）を任意な値（例え
ば９０°）に設定することができスターリングサイクル
を形成できるため、スターリング機関の出力を効率的に
圧縮機として得ることができ、デイスプレーサピストン
１２を往復駆動する電動モータ２２の負荷を軽減できる
。

以上説明した実施例は、流体回路２９例の圧力が常に一
定であって、スプリング３７により流体回路２９内の作
動流体の平均圧力と作動空間内の作動ガスの平均圧力と
の差圧を補償した後はダイアフラム３４の中立位置を補
正する必要がない構成のスターリング機関圧縮機につい
て説明したが、例えば圧縮機を空調用として利用する際
には、冷暖房時の負荷が変わると流体回路２９内の圧力
が変化するため、圧縮機として機能を確保するためには
ダイアフラム３４の中立位置を流体回路２９内の圧力に
応じて補償する必要がある。

そのための補償装置５０を第２図に示す。第２図におい
て、補償装置５０は、ケーシング２５の第２圧力室３６
内に気密的に摺動可能に嵌挿されスプリング３７の一端
を支承する小径部５１ａとケーシング２５内に大気室５
２を形成すると共に小径部５１ａとの間に流体回路２９
の室外熱交換器５３と膨張弁５５間め流体圧が作用する
バランス室５６を形成する大径部５１ｂとを一体に有す
る補償ピストン５１と大気室５２内に介装されて常時補
償ピストン５１を第２圧力室３６側に付勢する本発明に
おける第１弾性部材である第１スプリング５７とから成
っている。

これによれば、通常第１圧力室３５に作用する平均圧力
Ｐ、と第２圧力室３６に作用する平均圧力ＰＣとスプリ
ング３７の荷重にとの間には、Ａ−Ｐ、＝に＋Ａ　−Ｐ
、なる関係が成り立ち、Ｐ、はＰ、の圧力変動に伴って
変動しているが、流体回路２９内の圧力がΔＰ上昇する
と補償ピストン５１は第１スプリング５７に抗して大気
室５２側に移動し、スプリング３７の設定荷重Ｋが低下
してに一Δにとなり、Ａ−Ｐ、＝に一Δに＋Ａ・　（ＰＣ＋ΔＰ）で補償ピス
トン５１は平衡する。そのため、Δに＝Ａ・ΔＰとなる
ように、スプリング３７のばね定数が設定されていれば
、Ａ　−Ｐ、＝に＋Ａ　−Ｐ、で平衡され、流体回路２
９内の圧力が変化しても常にダイアフラム３４を中立位
置を中立位置から圧縮空間１４の圧力変化に応じて軸方
向に均一に往復変移させることができ、圧縮機としての
機能を最大限に活かすことができる。尚、補償ピストン
５１の小径部５１ａ及び大径部５１ｂにはシールリング
５８．５９が夫々嵌着されており、それによりシールリ
ング５８．５９の摺動抵抗によって第２圧力室３６内の
周波数の高い圧力変動に応答して移動しないようになっ
ている。

〔発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、当該スターリン
グ機関において、第２圧力室にダイアフラムを常時第１
圧力室側に付勢する弾性部材を介装したごとによって、
弾性部材の荷重を任意に設定することにより、ダイアフ
ラムを挟む２流体の平均圧力に差があっても該圧力差を
弾性部材の荷重により補償して、ダイアフラムを中立位
置から圧縮空間の圧力変化に応じて軸方向に均一に往復
変移させることができ、圧縮機としての機能を最大限に
活かすことができる。それと共に、膨張空間と圧縮空間
との位相差（デイスプレーサピストンとダイアフラムの
位相差）を任意に設定することが可能となり、スターリ
ング機関の出力を効率的に圧縮機として得ることができ
る。

更に本発明によれば、流体回路内の圧力変化に応じて前
記弾性部材の荷重を自動的に補償する補償装置により、
流体回路内の圧力が変化しても常にダイアフラムを中立
位置を中立位置から圧縮空間の圧力変化に応じて軸方向
に均一に往復変移させることができ、圧縮機としての機
能を最大限に活かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ったスターリング機関圧縮機の実施
例を示す断面図、第２図は本発明における補償装置を示
す断面図である。１０・・・スターリング機関、１１・・・シリンダー　
１２・・・デイスプレーサピストン、１３・・・膨張空
間、１４・・・圧縮空間、１５・・・冷却器、１６・・
・蓄熱器、１７・・・ヒーターチューブ（伝熱管）、１
日・・・加熱器、１９・・・ロッド、２２・・・電動モ
ータ、２５・・・ケーシング、２６・・・導管、２７・
・・吸入弁、２８・・・吐出弁、２９・・・流体回路、
３３・・・圧力空間、３４・・・ダイアフラム、３５・
・・第１圧力室、３６・・・第２圧力室、３７・・・ス
プリング（弾性部材）、５０・・・補償装置、５１・・
・補償ピストン、５１ａ・・・小径部、５１ｂ・・・大
径部、５２・・・大気室、５６・・・バランス室、５７
・・・第１スプリング（第１弾性部材）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリンダ内に摺動可能に嵌挿されるデイスプレー
サピストンにより該デイスプレーサピストンの両端に夫
々膨張空間と圧縮空間とが形成され、熱源により加熱さ
れる伝熱管、蓄熱器及び冷却器を介して前記膨張空間と
圧縮空間とを連通せしめてなるスターリング機関と、ケ
ーシングに外周縁部を気密的に挟持されてその一側に前
記圧縮空間が連通された第１圧力室とその他側に吸排弁
機構を介して流体回路に連結された第２圧力室とを形成
するダイアフラムとから成るスターリング機関圧縮機に
おいて、前記第２圧力室に前記ダイアフラムを常時前記
第１圧力室側に付勢する弾性部材を介装したことを特徴
とするスターリング機関圧縮機。
（２）前記流体回路内の圧力変化に応じて前記弾性部材
の荷重を自動的に補償する補償装置を備えていることを
特徴とする請求項（１）に記載のスターリング機関圧縮
機。
（３）前記補償装置は、前記ケーシングの前記第２圧力
室内に気密的に摺動可能に嵌挿され前記弾性部材の一端
を支承する小径部と前記ケーシング内に大気室を形成す
ると共に前記小径部との間に前記流体回路の流体圧が作
用するバランス室を形成する大径部とを一体に有する補
償ピストンと前記大気室内に介装されて常時前記補償ピ
ストンを前記第２圧力室側に付勢する第１弾性部材とか
ら成ることを特徴とするスターリング機関圧縮機。