JPH03202662A

JPH03202662A - 熱機関

Info

Publication number: JPH03202662A
Application number: JP34035689A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Haramura; 原村　成憲
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-09-04

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、圧縮機と膨脹エンジンを組合せた熱機関に関
する。

（従来の技術）高４Ｌ源からの熱エネルギーを出力としての力学エネル
ギーにエネルギー変換するランキンサイクルは、たとえ
ば、ボイラからの蒸気をタービン内で膨脂利用した後、
その全部を復水器で復水させ、給水ポンプでボイラに送
り返す構成となっている。

このランキングサイクルの理論的熱効率は、蒸気の初圧
、初湯を高め、排気圧を低めれば増すことが可能なこと
から、種々の工夫が試みられている。

（本発明が解決しようとする課題）前述したランキンエンジンは、熱交換器を多数必要とし
、それ故に配管も複雑となり且つ復水のための多量の冷
却水を必要とする欠点を有す。

タービンを使用するサイクルは、タービンの振動、騒音
が大きく、又、装置そのものを大型化させる。又、高効
率を得るための高温・高圧の蒸気の使用は、使用材料の
強度、耐食性に充分に注意を払う必要があり、耐久性に
問題を残している。

さらに、閉サイクルとしてのランキンエンジンは、水や
フレオンガスを作動媒体として使用するが、この作動媒
体の定期的補充・交換を欠かせず、保守点検が煩しいも
のとなっている。

加えて、小型エンジンとして、しかも、一定の出力を′
ｍ続的に安定した形で出力させ且つ無公害にして静かな
エンジンとして、ランキンやオツドサイクルは好ましい
ものでない。

よって、このような要望を満たすエンジンの開発が望ま
れている。かくして、本発明は、前述した従来技術の不
具合を解消させると共に、前述した要望を満たす新しい
タイプの熱機関を提供することを、解決すべき課題とす
る。

（課題を解決するための手段）本発明は、前述した課題を解決するために、基本的には
、少くとも空気を作動媒体として使用でき、独立した形
の圧縮機と、膨脹エンジンとを有し圧縮ピストンと膨脹
ピストンとをクランクシャフトに連結させる構成となっ
ている。

より具体的には、本発明は、圧縮シリンダ、クランクシ
ャフトに連結され且つ圧縮シリンダ内を往復動する圧縮
ピストン、圧縮シリンダ内の圧縮空間への連通を制御す
る吸気バルブと吐出バルブを有する圧縮機と；膨脹シリ
ンダ、クランクシャフトに連結され且つ膨脹シリンダ内
を往復動する膨脹ピストン、膨脹シリンダ内の膨脹空間
への連通を制御する吸入バルブと排気バルブとを有する
膨脹エンジンと；吐出バルブと吸入バルブに両端で接続
するマニホルドと；マニホルドに組込まれた加熱用熱交
換器とを備える熱機関を提供する。

（作用）圧縮機の圧縮ピストンの上昇により圧縮空間内の媒体を
圧縮し、圧縮媒体を吐出マニホルドに送り熱交換器にて
高温・高圧の媒体として膨脂空間下に送り、膨脹ピストンを押し上げて出力を得る。

膨脹ピストンの上昇は、膨脂空間内の低温・低圧となっ
た作動媒体を大気側へ排出させる。圧縮機による圧縮仕
事と、膨脹エンジンによる膨脂仕事の差が出力として取
出される。

尚、前述した作用は、図示例とは異るベーン型やバンケ
ル型のロークリ機構でも得られる。

（実施例）第１図を参照する。圧縮機１０は、圧縮シリンダ１）と
圧縮ピストン１２とにより、圧縮空間１６を作る。この
空間１６は、吸気バルブ１４を介して吸入マニホルド１
３に通し且つ吐出バルブ１５を介して吐出マニホルド３
１に通しる。圧縮ピストン１２はコンロッド５を介して
クランクシャフト７に連結させる。

吐出マニホルド３１は、熱交換器４２を有し、燃焼器４
１や他の加熱源からの熱エネルギーを熱交換器４２を介
して空気等の作動媒体を加熱させる。

膨脹エンジン２０は、圧縮機１０とは独立して配され、
膨脹シリンダ２１内に膨脹ピストン２２により画定され
た膨脹空間２６を有す。膨脹ピストン２２をコンロッド
６を用いてクランクシャフト７に連結させる。膨脹空間
２６は、吸入バルブ２３を介して、熱交換器４２に連結
した吸入マニホルド３２に連通自在となっており且つ排
気バルブ２４を介して排気マニホルド２５に連通自在と
なっている。

第２−７図を参照して、第１図に示す熱機関の作用を説
明する。第２図に示す状態では、圧縮ピストン１２が上
死点に位置し、第６図の■の状態となっている。クラン
クシャフト７により圧縮ピストン１２を下降させると、
第３図に示す如く、吸気バルブ１４を開とさせ、吸気マ
ニホルド１３から大気を圧縮空間１６へ供給する。これ
は第６図の■の状態である。第４図は圧縮ピストン１２
が下死点にきた状態で、吸気バルブ１４を閉じ、空間１
６に吸入された空気を圧縮し始める第６図の■の位置を
示す。第５図は圧縮ピストン１２が上昇し、空間１６内
の空気を圧縮させ且つ吐出バルブＩ５を開け、圧縮空気
を吐出マニホルド３１内へ吐出させる。これは、第６図
の■で表される。

吐出マニホルド３１内へ入った高圧空気は、熱交換器４
２で吸熱し、高温・高圧の空気となる。

次に、膨脹ピストン２２の働きを説明する。第３−５図
に示す行程で、圧縮ピストン１２とたとえば６０度の位
相の膨脹ピストン２２の動きに同期させて吸入バルブ２
３を開き、熱交換器４２中の高温・高圧の空気が膨脂空
間２６に吸入され、更に、ピストン下降行程の適正な位
置で吸入バルブを閉し、膨脹ピストン２２を押下げ、ク
ランクシャフト７を回転させる。第３−５図の状態は、
第７図の■−■で表される。第５図、第２−３図におい
て、排気バルブ２４が開となり、空気を排気バルブ２４
、排気マニホルド２５を介して膨脂空間２６内の空気を
排気させる。これは、第７図の■−■−■の状態である
。

第６図と第７図を参照する。圧縮機１０の最大圧力Ｐｃ
ｔと膨脹エンジン２０の最大圧力ＰＥＩは、高圧空気の
加熱により、Ｐｃｔ＞〉ＰＥＩとなり、膨張仕事Ｑ、は
、圧縮仕事Ｑ、より大となり、動力を発生する。

第８図に示す例は、内燃機関６１の吸気を吸気マニホル
ド１３を介して圧縮機１０に吸入して圧縮させ、この高
圧空気を、内燃機関６１の廃熱と熱交換して高温空気と
して、膨脹エンジン２０に＼吸収して、出力を取り出すものである。この例は、内燃
機関６１の熱効率約３０％を約４０％に向上させ得る。

（効果）作動媒体として大気を利用できるので、オープンサイク
ルにして無公害の小型の熱機関となる。

熱エネルギー変換は、熱交換器を利用して作動媒体を加
熱するのみであるから、低騒音、低振動であり、連続運
転を可能にする。通常の圧縮機やエンジン部品を流用で
きるので、製作費が安価となる。加えて、大気の利用と
簡単な構成はメインテナンスを容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図から第５図はピ
ストンの動きを示す説明図、第６図は圧縮機のＰ−Ｖ線
図、第７図は膨脹エンジンのＰＶＶ線図第８図は別の例
の説明図である。図中ニア・・・クランクシャフト、１０・・・圧縮機、
１）・・・圧縮シリンダ、　　　１２・・・圧縮ピスト
ン、２０・・・膨脹エンジン、　　　２１・・・膨脹シ
リンダ、２２・・・膨脹ピストン、　　　４２・・・熱
交換器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮シリンダ、クランクシャフトに連結され且つ
圧縮シリンダ内を往復動する圧縮ピストン、圧縮シリン
ダ内の圧縮空間への連通を制御する吸気バルブと吐出バ
ルブを有する圧縮機と；膨脹シリンダ、クランクシャフ
トに連結され且つ膨脹シリンダ内を往復動する膨脹ピス
トン、膨脹シリンダ内の膨脹空間への連通を制御する吸
入バルブと排気バルブとを有する膨脹エンジンと；吐出
バルブと吸入バルブに両端で接続するマニホルドと；マ
ニホルドに組込まれた加熱用熱交換器とを備える熱機関
。
（２）加熱用熱交換器が他の動力機関の廃熱を利用して
いる請求項（１）の熱機関。
（３）作動媒体が空気である請求項（１）の熱機関。