JPH03290049A

JPH03290049A - スターリング機関

Info

Publication number: JPH03290049A
Application number: JP8936190A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ouchi; 弘之大内; Hideki Inagaki; 稲垣　秀城; Shinji Hayashi; 真司林; Masahiko Hasegawa; 雅彦長谷川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1991-12-19

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、スターリング機関に関し、特に作動ピストン
の外周に環状に蓄熱器及び放熱器を配設したスターリン
グ機関に関する。

（従来の技術）スターリング機関においては、作動空間内部での作動ガ
スの流れは出力及び効率に重大な影響を及ぼすので、次
のことが肝要である。

■作動ガスの流れはなるべく無理のない圧力損失の少な
いものであること。

■ヒータチューブ、蓄熱器及び放熱器等の熱交換器では
流れに偏りがなく、熱交換器の能力を最大限に引き出せ
るものであること。

■熱交換器以外の通路はなるべく短くして死容積を小さ
くすると共に流れの偏りの原因とならない形状であるこ
と。

しかして、作動ピストンの外周に環状に蓄熱器及び放熱
器を配設すると共に、作動ピストンの上端側空間に膨張
空間を、また下端側空間に圧縮空間を形成したスターリ
ング機関として、従来、米国特許明細書第４，２６２，
１７５号及び米国特許明細書第４，５２２，０３０号に
示されるものがある。これらのスターリング機関は、作
動ピストンの下端側空間の圧縮空間を、隣合う作動ピス
トンの外周に環状に配設される放熱器の下部空間に細長
い帯状またはパイプ状の通路を介して連通している。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記した従来のスターリング機関においては
、各作動ピストンの上端にある膨張空間をその作動ピス
トンの外周に環状に配設される蓄熱器に連通ずると共に
、各作動ピストンの下端にある圧縮空間を隣合う作動ピ
ストンの外周に環状に配設される放熱器の下部空間に連
通しているため、作動ピストンの下部には出力取出機構
が位置すること及び放熱器の冷媒流路が位置すること等
から、圧縮空間と放熱器の下部空間を連通ずる通路の流
れに無理があって圧力損失が大きいばかりでなく、通路
の長さが長くなり死容積が大きく効率が悪いという問題
がある。また、更に通路を環状の放熱器の中心軸に対し
対称に設けることができないため、放熱器及び蓄熱器内
の流れに偏りが生じ、熱交換効率が悪いという問題があ
った。

そこで本発明は、当該スターリング機関において、作動
空間内部での作動ガスの流れを円滑にすると共に死容積
を小さくすることを、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の手段は、当該スタ
ーリング機関を、複数のシリンダ内に夫々気密的に互い
に所定の位相差で往復動可能に嵌挿される作動ピストン
と、該各シリンダの外周上部ムこ環状に配設される蓄熱
器と、前記各シリンダの外周下部に環状に配設されると
共に夫々各蓄熱器に連通される放熱器とを備え、前記各
作動ピストンによって前記各シリンダ内の上部に夫々区
画形成される膨張空間を隣合うシリンダの外周に配設さ
れる前記蓄熱器にヒータチューブを介して連通ずると共
に、前記各作動ピストンによって前記各シリンダ内の下
部に夫々区画形成される圧縮空間を各シリンダの外周に
配設される放熱器に環状通路を介して夫々連通してなる
構成とすることである。

（作用）これによれば、各圧縮空間はそれの外周に環状に配設さ
れる放熱器に環状の通路を介して連通されるので、作動
ガスの流れに無理がなく円滑に作動ガスを行き来させる
ことができると共に、死容積を小さくすることができる
。また、環状の通路を介して各圧縮空間と放熱器との間
を作動ガスが行き来するため、放熱器及び蓄熱器内の作
動ガスの流れを均一にすることができる。

（実施例）以下、本発明に従ったスターリング機関の一実施例を図
面に基づき説明する。

第１図及び第２図において、スターリング機関１０は、
１本のクランク軸１１により、作動ピストン１２と図示
しない作動ピストンが互いに９０°の位相差でもって往
復動されるようになっている。本実施例すこおいては、
図示はしないが、クランク軸１１に平行に配設されたも
う１本のクランク軸により互いに９０’の位相差でもっ
て往復動される２個の作動ピストンが設けられており、
これにより所謂Ｕ型２軸クランク構造を有している。尚
、計４個の各作動ピストンは第２図に示すように、中心
軸が正方形を描くように配設されていると共に、各クラ
ンク軸は各々の軸端に設けられタキャＩｌａ、１３が互
いに噛合うことにより力の合成と回転の同期が行われる
ようになっている。

また、各作動ピストンは互いに隣合うピストンが互いに
９０°の位相差を持つようにされている。

次に作動ピストン１２を代表して説明する。作動ピスト
ン１２はシリンダＩ４内に往復動可能に且つ気密的に嵌
挿されていて、シリンダ１４内にその上端面側に膨張空
間１５を、またその下端面側に圧縮空間１６を区画形成
している。

シリンダ１４の上端部にはヒータヘッド１７が設けられ
ており、またシリンダ１４の外周ムこはその上部に蓄熱
器１８が環状に配設されていると共にその下部に放熱器
１９が環状乙こ配設されている。

ヒータヘッド１７は、膨張空間１５と蓄熱器１８の間に
あり、燃料噴射弁２０から噴射される燃料と空気予熱器
２１で予熱された燃焼空気が燃焼室２２で混合して燃焼
し、その燃焼熱をヒータチューブ２３にてヒータチュー
ブ２３を流れる作動ガスと熱交換するものである。蓄熱
器１８はヒータヘッド１７と圧縮空間１６との間にあっ
て、シリンダ１４の外周に環状に配設されている。蓄熱
器１８は、例えば多数の積層された金網から構成されて
いて、行き来する作動ガスと熱交換して蓄熱、放熱して
当該スターリング機関の熱効率を高める。また、放熱器
１９は蓄熱器１８と圧縮空間１９との間にあって、蓄熱
器１８と同様にシリンダ１４の外周に環状に配設されて
いる。放熱器１９は多数の細管から威り、該細管内を流
れる作動ガスの圧縮仕事により生じた熱を細管の外部を
流れる冷却水と熱交換する。

以上のように他の３個の作動ピストンも同様に夫々シリ
ンダに嵌挿されていて、各シリンダの上端部にはヒータ
ヘッドが、また各シリンダの周囲には環状の蓄熱器及び
放熱器が同様に配設されている。

しかして本実施例においては、第２図に示すように、膨
張空間１５はポート２４．膨張空間側マニホルド２５．
ヒータチューブ２６．隣合うシリンダの蓄熱器側マニホ
ルド２７．ポート２８を介して隣合うシリンダの外周に
配設される図示しない蓄熱器に連通されている。また、
圧縮空間１６は第１図に示すように、ガイド部材３１と
ハウジング３２間に形成される環状通路３０を介して放
熱器１−９に連通されている。尚、他の３個の膨張空間
も同様に、夫々膨張空間側マニホルド３３゜３５．３７
が隣合うシリンダの外周に配設された蓄熱器に連通され
る蓄熱器側マニホルド３４．３６．３７に連通されてお
り、また他の３個の圧縮空間も同様に各圧縮空間を形成
するシリンダの外周に配設された放熱器に環状通路を介
して連通されていて、作動ガスが夫々充填された４個の
作動空間が形成されている。

上記構成からなる本実施例においては、各作動ピストン
が互いに９０°の位相差で往復動されると、作動ガスの
移動による温度の変化と各ピストン間の位置関係の変化
による容積の変化とが生し、各作動空間内に作動ガスの
圧力変動が生しる。

これにより、１つの作動ピストンの上下の圧力は９０°
位相が異なっているため、各作動ピストンには差圧によ
る力が与えられ、この力がクランク軸の回転力として外
部に取り出される。

この時、作動空間内の作動ガスは次のように流れる。作
動ピストン１２について説明すると、圧縮空間１６から
の作動ガスは、環状通路３０．放熱器１つ、蓄熱器１８
．蓄熱器側マニホルド３４多数のヒータチューブ２３を
介して隣合うシリンダの膨張空間側マニホルド３３に流
れ、膨張空間側マニホルド３３を介して隣合うシリンダ
の図示しない膨張空間に入る。膨張空間から圧縮空間１
６への作動ガスの流れは上記の逆になる。

このように本実施例によれば、圧縮空間からの放熱器へ
の通路をその圧縮空間の下部に環状に形成される環状通
路で構成しているため、環状通路３０での作動ガスの流
れは中心軸に対し、対称となり、且つ長さも短くなる。

そのため、配置の自由度の小さい放熱器と圧縮空間との
間の通路を作動ガスの流れに無理がなく設けることがで
きて、圧力損失を低減することができると共に死容積を
小さくすることができ、機関の効率を向上することがで
きる。また、環状通路により、放熱器及び蓄熱器内の流
れに偏りがなくなり、これらの熱交換効率を向上するこ
とができ、機関の効率を向上することができる。

また本実施例においては、各マニホルドのポート例えば
膨張空間側マニホルド２５のポート２４及び蓄熱器側マ
ニホルド２７のポート２８は夫々互いに遠い側の端部に
設けられている。それゆえ、膨張空間側マニホルド２５
のポート２４に近い（遠い）ところに一端をもつヒータ
チューブは他端が蓄熱器側マニホルド２７のポート２８
に遠い（近い）ところにあるため、多数のヒータチュー
ブを流れる作動ガスを均一化することができ、温度分布
を均一にすることができ、機関の効率を向上することが
できる。また、第２図に示されるように、隣合うシリン
ダ同志でヒータチューブを連結しているため、ヒータチ
ューブの長さが長くでき、ヒータチューブの伝熱面積を
大きくすることができて機関の効率を向上できる。

尚、上述した実施例においては、本発明をＵ型２軸クラ
ンク構造のスターリング機関に本発明を実施した例を説
明したが、本発明はＶ型ｌ軸クランク構造のスターリン
グ機関にも同様に採用することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、各圧縮空間はそ
れの外周に環状に配設される放熱器に環状の通路を介し
て連通されるので、作動ガスの流れに無理がなく円滑に
作動ガスを行き来させることができると共に、死容積を
小さくすることができる。また、本発明によれば、環状
の通路を介して各圧縮空間と放熱器との間を作動ガスが
行き来するため、放熱器及び蓄熱器内の作動ガスの流れ
を均一にすることができる。また、更に本発明によれば
、隣合うシリンダ間にヒータチューブが架設されるので
、該ヒータチューブの長さが長くできて、その伝熱面積
を大きくすることができる。

従って、本発明によれば、当該スターリング機関の出力
及び効率を向上することができる。

【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の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図の上面図である。１０・・・スターリング機関、１２・・・作動ピストン
、１４・・・シリンダ、１５・・・膨張空間、１６・・
・圧縮空間、１７・・・ヒータヘッド、１８・・・蓄熱
器、１９・・・放熱器、２３．２６・・・ヒータチュー
ブ、３ｏ・・・環状通路。

Claims

【特許請求の範囲】

複数のシリンダ内に夫々気密的に互いに所定の位相差で
往復動可能に嵌挿される作動ピストンと、該各シリンダ
の外周上部に環状に配設される蓄熱器と、前記各シリン
ダの外周下部に環状に配設されると共に夫々各蓄熱器に
連通される放熱器とを備え、前記各作動ピストンによつ
て前記各シリンダ内の上部に夫々区画形成される膨張空
間を隣合うシリンダの外周に配設される前記蓄熱器にヒ
ータチューブを介して連通すると共に、前記各作動ピス
トンによつて前記各シリンダ内の下部に夫々区画形成さ
れる圧縮空間を各シリンダの外周に配設される放熱器に
環状通路を介して夫々連通してなるスターリング機関。