JPH04301166A - スターリング機関 - Google Patents
スターリング機関Info
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- JPH04301166A JPH04301166A JP8740791A JP8740791A JPH04301166A JP H04301166 A JPH04301166 A JP H04301166A JP 8740791 A JP8740791 A JP 8740791A JP 8740791 A JP8740791 A JP 8740791A JP H04301166 A JPH04301166 A JP H04301166A
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- JP
- Japan
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- cylinder
- heat
- stirling engine
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- ceramic layer
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- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- 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
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- 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
- F02G2258/00—Materials used
- F02G2258/10—Materials used ceramic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【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と放熱器を
配設したスターリング機関に関する。
し、特に作動ピストンの外周に環状に蓄熱器と放熱器を
配設したスターリング機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】作動ピストンの外周に環状に蓄熱器と放
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
リング機関のシリンダーに於いては、膨張室から蓄熱器
へのヒートリークが大きく、その為スターリング機関の
熱効率が低下するという問題があった。
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
リング機関のシリンダーに於いては、膨張室から蓄熱器
へのヒートリークが大きく、その為スターリング機関の
熱効率が低下するという問題があった。
【０００３】そこで、このヒートリークを低減すること
によりスターリング機関の熱効率を向上させることを目
的に、従来、米国特許第４，４７８，０４２号明細書に
記載される技術がすでに提案されている。即ち、この従
来技術は、シリンダを二重円筒構造としその間に真空層
を設け、この真空層の作用で熱伝導を防止したものであ
る。
によりスターリング機関の熱効率を向上させることを目
的に、従来、米国特許第４，４７８，０４２号明細書に
記載される技術がすでに提案されている。即ち、この従
来技術は、シリンダを二重円筒構造としその間に真空層
を設け、この真空層の作用で熱伝導を防止したものであ
る。
【０００４】しかしながら、シリンダを二重構造にした
この従来技術に於いては、シリンダの内外周は作動ガス
の高圧がかかり、内周および外周の円筒の間の空間は真
空であるため、両シリンダを耐圧構造すなわち肉厚にし
なければならず、更に真空層のスペースを確保する必要
がある。その結果、シリンダ全体が厚くなり、小型化を
計る上での大きな障害になっている。
この従来技術に於いては、シリンダの内外周は作動ガス
の高圧がかかり、内周および外周の円筒の間の空間は真
空であるため、両シリンダを耐圧構造すなわち肉厚にし
なければならず、更に真空層のスペースを確保する必要
がある。その結果、シリンダ全体が厚くなり、小型化を
計る上での大きな障害になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
記した従来技術の問題点を解消するために、シリンダを
肉厚構造にすることなく、膨張室から蓄熱器へのヒート
リークを低減することをその技術的課題とする。
記した従来技術の問題点を解消するために、シリンダを
肉厚構造にすることなく、膨張室から蓄熱器へのヒート
リークを低減することをその技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために本発明に於いて講じた技術的手段は、シリンダ
の内周または外周の少なくとも一方にセラミック層を溶
射したことである。
るために本発明に於いて講じた技術的手段は、シリンダ
の内周または外周の少なくとも一方にセラミック層を溶
射したことである。
【０００７】
【作用】上記の如く、シリンダの内周または外周の少な
くとも一方にセラミック層を溶射したことにより、この
セラミック層が断熱層として作用し、膨張空間からシリ
ンダを通って蓄熱器へ伝わる熱伝導量が小さくなる。そ
の結果、シリンダを肉厚構造にすることなく、膨張空間
から蓄熱器へのヒートリークを低減することができる。
くとも一方にセラミック層を溶射したことにより、この
セラミック層が断熱層として作用し、膨張空間からシリ
ンダを通って蓄熱器へ伝わる熱伝導量が小さくなる。そ
の結果、シリンダを肉厚構造にすることなく、膨張空間
から蓄熱器へのヒートリークを低減することができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について、添付図面に基づき説明する。
例について、添付図面に基づき説明する。
【０００９】図１は本発明の適用されるスターリング機
関の基本構造を示す断面図である。スターリング機関１
０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。クランク軸１１に
平行に配設された図示しないもう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。計４個の各作動ピストンは
、中心軸が正方形を描くように配設されると共に、各ク
ランク軸は各々の軸端に設けられたギヤ１１ａ，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。
関の基本構造を示す断面図である。スターリング機関１
０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。クランク軸１１に
平行に配設された図示しないもう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。計４個の各作動ピストンは
、中心軸が正方形を描くように配設されると共に、各ク
ランク軸は各々の軸端に設けられたギヤ１１ａ，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。
【００１０】次に作動ピストン１２を代表して説明する
と、該作動ピストン１２はシリンダ１４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。
と、該作動ピストン１２はシリンダ１４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。
【００１１】シリンダ１４の上端部にはヒータヘッド１
７が設けられており、またシリンダ１４の外周にはその
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が環状に配設されている。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
熱をヒータチユーブ２３にてヒータチユーブ２３を流れ
る作動ガスと熱交換するものである。
７が設けられており、またシリンダ１４の外周にはその
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が環状に配設されている。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
熱をヒータチユーブ２３にてヒータチユーブ２３を流れ
る作動ガスと熱交換するものである。
【００１２】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は多数の細管から成
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。
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は多数の細管から成
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。
【００１３】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。
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。
【００１４】膨張空間１５はポート２４，膨張空間側マ
ニホルド２５，ヒータチユーブ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、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
１９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３
４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。
ニホルド２５，ヒータチユーブ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、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
１９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３
４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。
【００１５】図２は本発明の一実施例を示す断面図であ
り、シリンダ１４の外周に断熱性の高いセラミック層１
０１（例えば、ジルコニア系）が溶射される。シリンダ
１４は溶射を行うために、本体とは別に製作され溶射後
本体に溶接またはろう付けされる。膨張空間１５側から
シリンダ１４を通って蓄熱器１８へ伝達される熱は、途
中のセラミック層１０１で断熱されるため熱伝導量が小
さくなり、これによって蓄熱器１８へのヒートリークが
大幅に低減される。
り、シリンダ１４の外周に断熱性の高いセラミック層１
０１（例えば、ジルコニア系）が溶射される。シリンダ
１４は溶射を行うために、本体とは別に製作され溶射後
本体に溶接またはろう付けされる。膨張空間１５側から
シリンダ１４を通って蓄熱器１８へ伝達される熱は、途
中のセラミック層１０１で断熱されるため熱伝導量が小
さくなり、これによって蓄熱器１８へのヒートリークが
大幅に低減される。
【００１６】尚、セラミック層１０１の厚さは、例えば
シリンダ半径８０ｍｍの場合２〜３ｍｍ以下であり、シ
リンダ半径の１／１０の厚さでも十分に断熱効果があり
、小型化を計ることができる。また、従来技術に於いて
は、真空層の気密不良による断熱性低下が心配されたが
、本発明に於いてはこの様な心配はない。
シリンダ半径８０ｍｍの場合２〜３ｍｍ以下であり、シ
リンダ半径の１／１０の厚さでも十分に断熱効果があり
、小型化を計ることができる。また、従来技術に於いて
は、真空層の気密不良による断熱性低下が心配されたが
、本発明に於いてはこの様な心配はない。
【００１７】また、蓄熱器１８からヘッドシリンダ１０
３へもヒートリークが存在し、これもスターリング機関
の熱効率を低下させる原因にもなっている。そこでその
対策として、ヘッドシリンダ１０３の内周にセラミック
層を設けることにより、このヒートリークを低減するこ
とができる。図３は本発明の他の実施例を示すもので、
シリンダ１４の内周にセラミック層１０１を設けたもの
である。
３へもヒートリークが存在し、これもスターリング機関
の熱効率を低下させる原因にもなっている。そこでその
対策として、ヘッドシリンダ１０３の内周にセラミック
層を設けることにより、このヒートリークを低減するこ
とができる。図３は本発明の他の実施例を示すもので、
シリンダ１４の内周にセラミック層１０１を設けたもの
である。
【００１８】
【発明の効果】上述の如く本発明に従うと、シリンダの
肉厚を薄くでき小型化を計ることが可能である。また、
セラミック層の断熱効果は安定的であり、真空層におけ
るような気密不良による断熱低下がない。更に、構造が
シンプルであり、製造コストが安い等の実用上の効果が
ある。
肉厚を薄くでき小型化を計ることが可能である。また、
セラミック層の断熱効果は安定的であり、真空層におけ
るような気密不良による断熱低下がない。更に、構造が
シンプルであり、製造コストが安い等の実用上の効果が
ある。
【図１】本発明の適用されるアニュラー型スターリング
機関の基本構造を示す断面図である。
機関の基本構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。
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
１８ 蓄熱器
１９ 放熱器
１０１ セラミック層
Claims (3)
- 【請求項１】 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、前記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放
熱器と、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と、前記作動ピス
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
れる圧縮空間とを有するスターリング機関に於いて、前
記シリンダの内周または外周の少なくとも一方にセラミ
ック層を溶射したスターリング機関。 - 【請求項２】 前記セラミック層の厚さを前記シリン
ダの半径の１／１０以下に設定した請求項１に記載のス
ターリング機関。 - 【請求項３】 前記セラミック層はジルコニア系から
成る請求項１に記載のスターリング機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8740791A JPH04301166A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | スターリング機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8740791A JPH04301166A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | スターリング機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04301166A true JPH04301166A (ja) | 1992-10-23 |
Family
ID=13914025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8740791A Pending JPH04301166A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | スターリング機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04301166A (ja) |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP8740791A patent/JPH04301166A/ja active Pending
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