JPH03271551A - スターリング機関一体型圧縮機 - Google Patents

スターリング機関一体型圧縮機

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JPH03271551A
JPH03271551A JP2071692A JP7169290A JPH03271551A JP H03271551 A JPH03271551 A JP H03271551A JP 2071692 A JP2071692 A JP 2071692A JP 7169290 A JP7169290 A JP 7169290A JP H03271551 A JPH03271551 A JP H03271551A
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JP
Japan
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pressure chamber
elastic member
pressure
space
stirling engine
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JP2071692A
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Yutaka Momose
豊 百瀬
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • 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
    • 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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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

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一体型圧縮機に関し
、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、例えば西ドイツ公開特許
公報筒３３１４７０．５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、ダイアフラムを挟む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偶奇させら
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を含む作動空間の圧力変動とダイア
フラムの軸方向の変移が同位相であるため、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、簡単な構成にて、スターリング機関の
作動空間内の作動ガスの平均圧力と流体回路内の流体の
平均圧力との差が存在しても確実にポンプ作用が行われ
るようにすると共に、スターリング機関の出力を効率的
に圧縮機き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。
Ｃ発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 上記した技術的課題を解決するために講した技術的手段
は、当該スターリング機関一体型圧縮機を、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第１弾性部材と
、前記ケーシングに外周部を気密的に挟持されてその一
例に第１減衰手段を介して前記圧縮空間に連通される第
１緩衝室を前記第１圧力室に隣接して前記ケーシングに
形成される隔壁との間で形成すると共にその他側に第２
減衰手段を介して前記第２圧力室に連通される第２緩衝
室を形成する第２弾性部材と、前記隔壁を気密的に摺動
可能に貫通して前記第２弾性部材と前記第１弾性部材と
を軸方向に一体移動可能に連結する連結部材とから構成
したことである。
上記した構成から成るスターリング機関一体型圧縮機は
、第２圧力室内に前記第１弾性部材及び前記第２弾性部
材の中立位置を補償するばね部材が介装されていること
が望ましい。
（作用） これによれば、第１圧力室及び第１緩衝室にスターリン
グ機関の作動空間内の作動ガスのガス圧力がロッドを介
して互いに連結された第１弾性部材及び第２弾性部材に
互いに引き合うように作用すると共に、第２圧力室及び
第２緩衝室に流体回路内の流体圧力がロッドを介して互
いに連結された第１弾性部材及び第２弾性部材に互いに
対向するように作用し、バランスされるため、両弾性部
材を中立位置を中心に往復運動させるのが容易に行うこ
とができる。
また、第１緩衝室をガスばねとして機能させることがで
きるので、膨張空間と圧縮空間とを含むスターリング機
関の作動空間の圧力変動と第１弾性部材の変移の位相差
を任意に且つ容易に設定することが可能となる。
（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、スターリング機関工０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
エ２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Ｉ７は本実
施例においては、シリンダーＩＩ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。面、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の下方にはクランクケース２５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
てクランクケース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、周知のランキンヒートポンプ
回路２９の圧縮機として機能する圧縮機構３０がクラン
クケース２５から隔離されて設けられている。尚、圧縮
機構３０はクランク室２４と気密的に隔離してクランク
ケース２５に一体に設けれられても良い。
圧縮機構３０は、筒状部材３２と、該筒状部材３２の一
端にその一側を結合される第１隔壁部材３３と、該第１
隔壁部材３３の他側に開口部を結合される第１蓋状部材
３４と、筒状部材３２の他端にその一側を結合される第
２隔壁部材３５と、該第２隔壁部材３５の他側に開口部
を結合される第２蓋状部材３６とから成るケーシング３
１を備えている。ケーシング３１内には、外周縁部を第
１隔壁部材３３と第１蓋状部材３４の接合部に気密的に
挟持されると共に内周縁部をプレート３７に気密的に固
定される第１ダイアフラム３８と、外周縁部を第１隔壁
部材３３と筒状部材３２の接合部に気密的に挟持される
と共に内周縁部をプレート３９に気密的に固定される第
２ダイアフラム４０と、外周縁部を第２隔壁部材３５と
第２蓋状部材３６の接合部に気密的に挟持されると共に
内周縁部をプレート４１に気密的に固定される第３ダイ
アフラム４２と、外周縁部を第２隔壁部材３５と筒状部
材３２の接合部に気密的に挟持されると共に内周縁部を
プレート４３に気密的に固定される第４ダイアフラム４
４とが夫々張架されており、ケーシング内に第１圧力室
４５．第２圧力室４６、第１緩衝室４７．第２緩衝室４
８．第３圧力室４９．第４圧力室５０及び第３緩衝室５
１を区画形成している。尚、第１ダイアフラム３８と第
２ダイアフラム４０とは第１隔壁部材３３を気密的に摺
動可能に貫通するロッド５２により一体移動可能に連結
されており、また第３ダイアフラム４２と第４ダイアフ
ラム４４とは第２隔壁部材３５を気密的に摺動可能に貫
通するロッド５３により一体移動可能に連結されている
。
第１圧力室４５は、圧縮空間１４と導管２６を介して連
通されており、また該第１圧力室４５と第１ダイアフラ
ム３８を介して隣接して第１圧力室４５と逆の容積変化
をする第２圧力室は、吸入弁２７及び吐出弁２８を介し
て熱交換器３０（凝縮器）、３１（蒸発器）及び膨張弁
３２を有するランキンヒートポンプ回路２９に連通され
でいる。
第１圧力室４５と第１隔壁部材３３を介して隣接する第
１緩衝室４７は、導管２６にオリフィス５４を介して連
通されていると共に、第１隔壁部材３３に形成されたバ
ッファ室５５と連通されており、また第１緩衝室４７と
第２ダイアフラム４０を介して隣接する第２緩衝室４８
はオリフィス５５及び５６を夫々介して第２圧力室４６
及び第４圧力室５０に連通されている。
第３圧力室４９．第４圧力室５０及び第３緩衝室５１も
同様に構成されており、第３圧力室４９は、導管２６に
連通されていて、また該第３圧力室４９と第３ダイアフ
ラム４２を介して隣接して第３圧力室４９と逆の容積変
化をする第４圧力室５０は、吸入弁５７及び吐出弁５８
を介して大気に連通されている。
第３圧力室４９と第２隔壁部材３５を介して隣接する第
３緩衝室５１は、導管２６にオリフィス５９を介して連
通されていると共に、第２隔壁部材３５に形成されたバ
ッファ室６０と連通されている。
尚、第２圧力室４６．第２緩衝室４８及び第４圧力室５
０には、第１ダイアフラム３８及び第３ダイアフラム４
２の中立位置を保証するスプリング６１．６２．６３が
夫々介装されている。
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エフを介して熱を吸熱
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、導管２６を介して第２
圧力室４５に付与される作動空間の作動ガス圧力によっ
て第１ダイアフラム３８が図示右方へ変移しようとする
時、第１緩衝室４７がガスばねとして機能するため、同
ガスばねの荷重が、膨張空間１３と圧縮空間１４とを含
む作動ガスの圧力変動と第１ダイアフラム３８の変移の
位相差が任意な値（例えば９０°）になるようにに設定
されている。そのため、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。
それゆえ、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工４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、所定の位相差をもって第１ダイアフラム３８は第
２圧力室４６内の圧力と第１緩衝室４７内の圧力とスプ
リング６１の荷重により第１圧力室４５側に変移すると
同時に吸入弁２７が開弁しランキンヒートポンプ回路２
９内の作動流体（フレオンガス）を第２圧力室４６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、所定の位相差をもって第１ダイアフラム３８は第
２圧力室４６内の圧力と第１緩衝室４７内の圧力とスプ
リング６１の荷重に抗して第２圧力室４６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
平均圧力とランキンヒートポンプ回路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
圧は第１ダイアフラム３８を平均圧力の低い側に偶奇さ
せ、圧縮空間１４の圧力変化に応じた第１ダイアフラム
３８の軸方向の変移を阻止しようとするが、本実施例に
おいては第１圧力室４５及び第１緩衝室４７にスターリ
ング機関の作動空間内の作動ガスのガス圧力がロッド５
２を介して互いに連結された第１ダイアフラム３８及び
第２ダイアフラム４０に互いに引き合うように作用する
と共に、第２圧力室４６及び第２ｙ衝室４日にランキン
ヒートポンプ回路２９内の流体圧力がロッド５２を介し
て互いに連結された第１ダイアフラム３８及び第２ダイ
アフラム４０に互いに対向するように作用し、バランス
されるため、両ダイアフラム３Ｂ、４０を中立位置を中
心に往復運動させるのが容易に行うことができる。
また、更に本実施例においては、第２圧力室４６と同時
にポンプ作用を行う第４圧力室５０が同軸上に且つ反対
側に形成されているため、振動を低減することができる
。
〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、第１圧力室及び
第１緩衝室にスターリング機関の作動空間内の作動ガス
のガス圧力がロッドを介して互いに連結された第１弾性
部材及び第２弾性部材に互いに引き合うように作用する
と共に、第２圧力室及び第２緩衝室に流体回路内の流体
圧力がロッドを介して互いに連結された第１弾性部材及
び第２弾性部材に互いに対向するように作用し、バラン
スされるため、両弾性部材を中立位置を中心に往復運動
させるのが容易に行うことができ、第１弾性部材を中立
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。
また、第１緩衝室をガスばねとして機能させることがで
きるので、膨張空間と圧縮空間とを含むスターリング機
関の作動空間の圧力変動と第１弾性部材の変移の位相差
を任意に且つ容易に設定することができ、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。
【図面の簡単な説明】
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
示す断面図である。 １０・・・スターリング機関、１１・・・シリンダー１
２・・・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）、１８
・・・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・・・ランキンヒー
トポンプ回路（流体回路）、３０・・・圧縮機構、３１
・・・ケーシング、３２・・・筒状部材、３３・・・第
１隔壁部材、３４・・・第１蓋状部材、３８・・・第１
ダイアフラム（第１弾性部材）、４０・・・第２ダイア
フラム（第２弾性部材）、４５・・・第１圧力室、４６
・・・第２圧力室、４７・・・第１緩衝室、４８・・・
第２緩衝室、５２・・・ロッド（連結部材）、５４・・
・オリフィス（第１：＄ｉ衰千手段、５５・・・オリフ
ィス（第２減衰手段）、６１・・・スプリング（ばね部
材）。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （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
    る第１弾性部材と、前記ケーシングに外周部を気密的に
    挟持されてその一側に第１減衰手段を介して前記圧縮空
    間に連通される第１緩衝室を前記第１圧力室に隣接して
    前記ケーシングに形成される隔壁との間で形成すると共
    にその他側に第２減衰手段を介して前記第２圧力室に連
    通される第２緩衝室を形成する第２弾性部材と、前記隔
    壁を気密的に摺動可能に貫通して前記第２弾性部材と前
    記第１弾性部材とを軸方向に一体移動可能に連結する連
    結部材とからなるスターリング機関一体型圧縮機。
  2. （２）前記第２圧力室内に前記第１弾性部材及び前記第
    ２弾性部材の中立位置を保証するばね部材が介装されて
    いることを特徴とする請求項（１）に記載のスターリン
    グ機関一体型圧縮機。
JP2071692A 1990-03-21 1990-03-21 スターリング機関一体型圧縮機 Pending JPH03271551A (ja)

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