JPH04301167A - アニュラー型スターリング機関 - 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】

【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。

【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、膨張空間から蓄熱
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てその間に真空
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、シリンダを二重円筒構造に
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を解決するために、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
の外周に多数の縦溝を設けた、ことである。

【０００７】

【作用】上記の如く、シリンダの外周に多数の縦溝を設
けたことにより、シリンダと蓄熱器の接触面積が小さく
なり、両者間の熱伝導が低減する。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。

【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はしないもう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時が行
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おり、シリンダ１４内にその
上端面側に膨張空間１５を、またその下端両側に圧縮空
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１
７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１
４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１
８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１
９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。以上の様に、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おり、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。

【００１２】膨張空間１５はポート２４、膨張空間側マ
ニホールド２５、ヒータチューブ２６、隣合うシリンダ
の蓄熱器側マニホールド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ー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
ホールド３４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しており、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。

【００１３】図２は本発明の一実施例を示す断面図であ
り、図３は図２に於けるＡ−Ａ断面（中心線より上方）
とＢ−Ｂ断面（中心線より下方）を示す。図２、図３に
於いて、シリンダ１４の外周には、多数の縦溝１０１が
設けられ、積層メッシュから成る蓄熱器１８とシリンダ
１４との接触は縦溝１０１の頂点１０４だけとなり、両
者の接触面積が大幅に低減される。その為、膨張空間１
５側からシリンダ１４を通ってきた熱は、小さな接触面
積を介してのみ伝達されるので、熱は蓄熱器１８に少し
しか伝達されず蓄熱器１８へのヒートリークが大幅に低
減される。尚、縦溝１０１の上下および中間の数ケ所に
は、全ての作動ガスが蓄熱器１８を通って流れるように
するために、盲部１０２が設けられている。例えば、縦
溝１０１の深さは、シリンダ径８０ｍｍの場合、１〜２
ｍｍ以下であり、小型化を十分に計ることができる。ま
た、従来技術に於いては、真空層の空気不良による断熱
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。

【００１４】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。この様なヒ
ートリークはアニュラー型に限らず、全てのスターリン
グ機関に存在するものである。そこで、その対策として
、図４、図５に示す様に、ヘッドシリンダ１０３の内周
にも縦溝１０１および盲部１０２を設けた実施例がある
。

【００１５】

【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、
断熱効果は安定的であり、真空層に於ける様な気密不良
による断熱性低下がない。更に、構造がシンプルであり
製造コストが安く、縦溝は鋳物等で簡単に設けられる等
の実用上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面を示す断面図で
ある。

【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０　　アニュラー型スターリング機関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　　縦溝 １０２　　盲部 １０３　　ヘッドシリンダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   される圧縮空間とを有するスターリング機関に於いて、
   前記シリンダの外周に多数の縦溝を設けた、アニュラー
   型スターリング機関。
2. 【請求項２】　　前記縦溝の上下およびその間の数ケ所
   に盲部を設けた、請求項１に記載のスターリング機関。
3. 【請求項３】　　前記シリンダの外周およびヘッドシリ
   ンダの内周に夫々縦溝を設けた，請求項１に記載のスタ
   ーリング機関。