JPH03281971A - スターリング機関の出力制御装置 - Google Patents

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、スターリング機関の出力制御装置に関し、特
に作動空間内の作動ガスの圧力を調節することにより出
力を制御するスターリング機関の出力制御装置に関する
。

（従来の技術） 従来のこの種の装置として、特開昭５５−１１９９２９
号公報に示されるものがある。この装置は、第３図に示
すように、作動空間１を該作動空間内への作動ガスの導
入を阻止してその逆を許容する一方向弁２及び減圧弁３
を介して低圧タンク４に連通させると共に、作動空間１
を該作動空間への作動ガスを導入を許容してその逆を阻
止する一方向弁５及び増圧弁６を介して高圧タンク７に
連通させている。しかして、スターリング機関の出力を
低くするために圧力設定器８の設定値を下げた場合には
、比較器９により設定値と圧力変換器１０の値とを比較
し、駆動回路１１に比較結果に基づく信号を送り、駆動
回路１１からの信号によって減圧弁３が開弁される。減
圧弁３が開弁されると、作動空間１内の作動ガスは一方
向弁２及び減圧弁３を介して低圧タンク４に送出されて
、低圧タンク４より圧縮機１２によって高圧タンク７に
圧送される。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 上記した従来の装置においては、作動空間内の作動ガス
圧力を減圧させる場合、低圧タンク内の圧力と作動空間
内の圧力とが平衡状態とならないように、減圧時に常に
圧縮機を介して高圧タンクへ作動ガスを圧送させている
。そのため、圧縮仕事を行う圧縮機を駆動するための消
費動力によって、当該スターリング機関の全体としての
出力に対する動力損失が大きいという問題があった。特
に、当該スターリング機関の軸出力により圧縮機を駆動
する場合には、機関の出力が急激に低下する。

そこで本発明は、当該スターリング機関の出力制御装置
において、圧縮機の作動頻度を少なくして圧縮機の駆動
のための消費動力による動力損失を低減することを、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手段は、作
動空間内の作動ガスの圧力を増減することにより出力を
制御するスターリング機関の出力制御装置において、前
記作動空間に該作動空間内への作動ガスの導入を阻止し
てその逆を許容する第１一方向弁及び減圧弁を介して連
通されると共に前記作動空間に該作動空間への作動ガス
の導入を許容してその逆を阻止する第２一方向弁及び増
圧弁を介して連通される低圧ガスタンクと、補給弁を介
して前記低圧空間に連通される高圧タンクと、圧縮機を
介して前記低圧ガスタンクと前記高圧ガスタンクとを連
通ずるガス回路と、前記作動空間内の作動ガスの設定値
以上であって前記低圧ガスタンク内の作動ガスの圧力と
前記第１一方向弁と前記減圧弁間の作動ガスの圧力とが
平衡状態にある時に前記圧縮機による前記低圧ガスタン
ク内の作動ガスの前記高圧ガスタンクへの圧送を許可す
る制御手段とを設けたことである。

上記構成から成るスターリング機関の出力制御装置は、
前記圧縮機と前記低圧ガスタンク間の前記ガス回路に常
閉の供給弁が介装され、前記作動空間内の作動ガスの設
定値以上であって前記低圧ガスタンク内の作動ガスの圧
力と前記第１一方向弁と前記減圧弁間の作動ガスの圧力
とが平衡状態にある時に前記制御手段により前記供給弁
が開弁されても良い。

（作用） 上記した手段によれば、圧縮機の作動、即ち低圧ガスタ
ンクから高圧ガスタンクへの作動ガスの圧送が、作動空
間内の作動ガスの設定値以上であって低圧タンク内の作
動ガスの圧力と第１一方向弁と減圧弁間の作動ガスの圧
力とが平衡状態にある時にのみ制御手段により許可され
るため、圧縮機の駆動による動力損失を大幅に低減でき
、当該スターリング機関の全体としての効率を向上する
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の出力制御装置
の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図において、２１，２２，２３．２４はスターリン
グ機関の作動空間であり、各作動空間２１．２２，２３
．２４は夫々作動空間内への作動ガスの導入を阻止して
その逆を許容する第１一方向弁２５，２６，２７．２８
及び減圧弁２９を介して低圧ガスタンク３５に連通され
ている。また、各作動空間２１，２２，２３．２４は夫
々作動空間への作動ガスの導入を許容してその逆を阻止
する第２一方向弁３０，３１，３２．３３及び増圧弁３
４を介して低圧ガスタンク３５に連通されている。これ
により、各第１一方向弁２５，２６．２７．２８と減圧
弁２９との間に各作動空間の最高圧力が付与される最高
圧力管路３Ｇが、また各第２一方向弁３０，３１，３２
．３３と増圧弁３４との間に各作動空間の最低圧力が付
与される最低圧力管路３７が構成されている。

低圧ガスタンク３５と減圧弁２９との間の管路、には、
管路３８が連通されていて、該管路３８は後述する供給
弁３９を介して圧縮機４０の吸入口に連通されている。

圧縮機４０の吐出口は、逆止弁４１を介して高圧ガスタ
ンク４２に連通されている。高圧ガスタンク４２は補給
弁４３を介して低圧ガスタンク３５と減圧弁２９との間
の管路に連通されている。尚、減圧弁２９．増圧弁３４
゜供給弁３９及び補給弁４３は常閉型の弁１例えば電磁
弁で構成されていて、また圧縮機４０は本実施例におい
ては、スターリング機関の軸出力により駆動される。

最高圧力管路３６．最低圧力管路３７及び低圧ガスタン
ク３５には、夫々最高圧圧力センサ４４、最低圧圧力セ
ンサ４５及び低圧ガスタンク圧力センサ４６が設けられ
ており、各圧力センサからの検出信号はけ任意の設定圧
力に応じた電気信号を発生する圧力設定器４９からの電
気信号と共に圧力コントローラ５０に入力されていて、
該圧力コントローラ５０は各入力信号に応じた出力信号
を駆動回路５１に出力するようになっている。駆動回路
５１は圧力コントローラ５０からの入力信号に応じて、
答弁へ駆動信号を送る。尚、圧力変換器４８．圧力コン
トローラ５０及び駆動回路５１は本発明における制御手
段を構成している。

上記構成から成る本実施例の作用を説明する。

第１図及び第２図において、スターリング機関が定常運
転状態にある時（時刻【。）、即ち、圧力設定器４９か
らの信号と、各圧力センサ４４゜４５からの信号に基づ
き検出される各作動空間２１．２２，２３．２４の圧力
に応じた信号とが等しい時には、圧力コントローラ５０
は駆動回路５１に出力信号を出力しない。そのため、駆
動回路５１により減圧弁２９．増圧弁３４．供給弁３９
及び補給弁４３は開弁されない。尚、この時、低圧ガス
タンク３５内の圧力は、各作動空間の最低圧力以上且つ
最高圧力未満であり、また高圧ガスタンク４２内の圧力
は各作動空間の最大出力時の最低圧力以上になっている
。

定常運転状態から機関の出力を減小させるために各作動
空間内の作動ガス圧力を低下させる時（時刻１＋）には
、圧力設定器４９から低い設定値に応じた電気信号が圧
力コントローラ５０に入力され、各圧力センサ４４，４
５からの信号に基づき検出される各作動空間２１，２２
，２３．２４の圧力に応じた信号と比較されて、その比
較結果に応じ減圧弁２９を開弁させるための信号を駆動
回路５１に出力する。その結果、駆動回路５１からの信
号によって減圧弁２９が開弁され、各作動空間内の最高
圧力が低圧ガスタンク３５の圧力よりも高いために各作
動空間内の作動ガスが各第１一方向弁２５，２６，２７
．２８及び減圧弁２９を介して低圧ガスタンク３５内へ
流出される。その後、圧力設定器４９からの低い設定値
に応じた電気信号と各圧力センサ４４，４５からの信号
に基づき検出される各作動空間２１，２２，２３゜２４
の圧力に応じた信号とが等しくなると（時刻ｔり、圧力
コントローラ５０は駆動回路５１への減圧弁２９を開弁
させるための信号の出力を停止して、駆動回路５１から
の減圧弁２９の駆動信号が停止され、機関は再び定常運
転に戻る。尚、上述した定常運転状態及び出力低下作動
時には、供給弁３９は閉弁されているため、圧縮機４ｏ
はその吸入口を閉ざされ、無負荷で駆動されていて圧縮
仕事を行わない。

しかして、圧力設定器４９の設定値がそれまでの定常運
転状態における作動空間内の圧力（圧力設定器４９の設
定値）よりも大きく低い設定値に設定された時には、前
述のように減圧弁２９を開弁して低圧ガスタンク３５に
各作動空間内の作動ガスを流出させても、作動空間内の
圧力が低下して設定値に等しくなる前に、低圧ガスタン
ク３５内の圧力が上昇して作動空間の最高圧力と低圧ガ
スタンク３５の圧力とが平衡状態になり、圧力差による
作動ガスの流出によってそれ以上減圧ができなくなる。

（時刻ｔｎ、ｔ７） かかる状態において、本実施例においては、圧力コント
ローラ５０が、低圧ガスタンク圧力センサ４６からの信
号と最高圧圧力センサ４４からの信号とを比較し、圧力
設定器４９の設定値以上であって両者が平衡状態にある
（等しい）時には、駆動回路５１に供給弁３９を開弁さ
せる信号を出力する。そのため、駆動回路５１からの駆
動信号により供給弁３９が開弁され、低圧ガスタンク３
５内の作動ガス及び各作動空間内の作動ガスが供給弁３
９を介して圧縮機４０に吸入されて高圧ガスタンク４２
内に圧送される。これにより、各作動空間内の作動ガス
圧力が低下され、圧力設定器４９からの低い設定値に応
じた電気信号と各圧力センサ４４，４５からの信号に基
づき検出される各作動空間２１，２２，２３．２４の圧
力に応じた信号とが等しくなると、供給弁３９及び減圧
弁２９が閉弁される。（時刻Ｌｓ、Ｌ、）定常運転状態
から機関の出力を増大させるために各作動空間内の作動
ガス圧力を上昇させる時には、圧力設定器４９から高い
設定値に応じた電気信号が圧力コントローラ５０に入力
され、各圧力センサ４４．４５からの信号に基づき検出
される各作動空間２１，２２．２３．２４の圧力に応じ
た信号と比較されて、その比較結果に応じ増圧弁３４を
開弁させるための信号を駆動回路５１に出力する。その
結果、駆動回路５１からの信号によって増圧弁３４が開
弁され、各作動空間内の最低圧力が低圧ガスタンク３５
の圧力よりも低いために低圧ガスタンク３５内の作動ガ
スが増圧弁３４及び各第２一方向弁２５，２６，２７．
２８を介して各作動空間内へ流入される。その後、圧力
設定器４９からの高い設定値に応じた電気信号と各圧力
センサ４４，４５からの信号に基づき検出される各作動
空間２１，２２，２３．２４の圧力に応じた信号とが等
しくなると、圧力コントローラ５０は駆動回路５１への
増圧弁３４を開弁させるための信号の出力を停止して、
駆動回路５１からの増圧弁３４の駆動信号が停止され、
機関は再び定常運転に戻る。しかして、圧力設定器４９
の設定値がそれまでの定常運転状態における作動空間内
の圧力（圧力設定器４９の設定値）よりも大きく高い設
定値に設定された時には、前述のように増圧弁３４を開
弁して低圧ガスタンク３５内の作動ガスを各作動空間内
へ流入させても、作動空間内の圧力が上昇して設定値に
等しくなる前に、低圧ガスタンク３５内の圧力が低下し
て作動空間の最低圧力と低圧ガスタンク３５の圧力とが
平衡状態になり、圧力差による作動ガスの流入によって
それ以上増圧ができなくなる。かかる状態において、本
実施例においては、圧力コントローラ５０が、低圧ガス
タンク圧力センサ４６からの信号と最低圧圧力センサ４
５からの信号とを比較し、圧力設定器４９の設定値以下
であって両者が平衡状態にある（等しい）時には、駆動
回路５１に補給弁４３を開弁させる信号を出力する。そ
のため、駆動回路５１からの駆動信号により補給弁４３
が開弁され、高圧ガスタンク４２内の作動ガスが各作動
空間及び低圧ガスタンク３５に流入される。

これにより、各作動空間内の作動ガス圧力が上昇され、
圧力設定器４９からの高い設定値に応じた電気信号と各
圧力センサ４４，４５からの信号に基づき検出される各
作動空間２１，２２，２３゜２４の圧力に応じた信号と
が等しくなると、補給弁４３及び増圧弁３４が閉弁され
る。尚、高圧ガスタンク４２より各作動空間へ作動ガス
を流入させる際には、高圧ガスタンク４２より低圧ガス
タンク３５内へ作動ガスが流入しないようにする手段を
設けても良い。

以上説明した本実施例によれば、圧縮機４０の吸入口を
供給弁３９により閉塞し、低圧ガスタンク３５の圧力と
最高圧力管路３６内の圧力が平衡状態となるまでは圧縮
機４０が圧縮仕事を行わないため、圧縮機４０の作動頻
度が少なく、圧縮機４０の動力損失を小さくできる。尚
、圧縮機４０の吸入口を閉塞する他に、圧縮機と機関の
出力軸間に電磁クラッチを介装し、該電磁クラッチを低
圧ガスタンク３５の圧力と最高圧力管路３６内の圧力が
平衡状態となった時に作動させて圧縮機を作動させるよ
うにしたり、圧縮機を電動モータで駆動させるようにし
て、上記平衡状態になったときに電動モータを駆動する
ようにしても本発明は実施可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、圧縮機の作動、
即ち低圧ガスタンクから高圧ガスタンクへの作動ガスの
圧送が、作動空間内の作動ガスの設定値以上であって低
圧タンク内の作動ガスの圧力と第１一方向弁と減圧弁間
の作動ガスの圧力とが平衡状態にある時にのみ制御手段
により許可されるため、圧縮機の駆動による動力損失を
大幅に低減でき、当該スターリング機関の全体としての
効率を向上することができると共に、圧縮機の耐久性を
向上することができる。尚、本発明は、負荷変動が短周
期では細かく頻繁に行われ且つ、時間的に長い周期で大
きく変化する発電機やヒートポンプ、あるいは太陽熱利
用のスターリング機関の出力制御に特に有効である。

【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の出力制御装
置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図における低
圧ガスタンク、高圧ガスタンク最高圧力管路及び最低圧
力管路内の作動ガス圧力の変化を示すタイムチャート、
第３図は従来のスターリング機関の出力制御装置の構成
図である。 ２１．２２，２３．２４・・・作動空間、２５２６．２
７．２８・・・第１一方向弁、２９・・・減圧弁、３０
，３１，３２．３３・・・第２一方向弁、３４・・・増
圧弁、３５・・・低圧ガスタンク、３９・・・供給弁、
４０・・・圧縮機、４２・・・高圧ガスタンク、４３・
・・補給弁、４４・・・最高圧圧力センサ、４５・・・
最低圧圧力センサ、４６・・・低圧ガスタンク圧力セン
サ、４８・・・圧力変換器（制御手段）、４９・・・圧
力設定器、５０・・・圧力コントローラ（制御手段）、
５１・・・駆動回路（制御手段）。 箔 亀２１１１！ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動空間内の作動ガスの圧力を増減することによ
   り出力を制御するスターリング機関の出力制御装置にお
   いて、前記作動空間に該作動空間内への作動ガスの導入
   を阻止してその逆を許容する第１一方向弁及び減圧弁を
   介して連通されると共に前記作動空間に該作動空間への
   作動ガスの導入を許容してその逆を阻止する第２一方向
   弁及び増圧弁を介して連通される低圧ガスタンクと、補
   給弁を介して前記低圧空間に連通される高圧ガスタンク
   と、圧縮機を介して前記低圧ガスタンクと前記高圧ガス
   タンクとを連通するガス回路と、前記作動空間内の作動
   ガスの設定値以上であつて前記低圧ガスタンク内の作動
   ガスの圧力と前記第１一方向弁と前記減圧弁間の作動ガ
   スの圧力とが平衡状態にある時に前記圧縮機による前記
   低圧ガスタンク内の作動ガスの前記高圧ガスタンクへの
   圧送を許可する制御手段とを設けたことを特徴とするス
   ターリング機関の出力制御装置。
2. （２）前記圧縮機と前記低圧ガスタンク間の前記ガス回
   路に常閉の供給弁が介装され、前記作動空間内の作動ガ
   スの設定値以上であつて前記低圧ガスタンク内の作動ガ
   スの圧力と前記第１一方向弁と前記減圧弁間の作動ガス
   の圧力とが平衡状態にある時に前記制御手段により前記
   供給弁が開弁され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の出力制御装置。