JPH0730930Y2 - スターリングエンジンにおける効率向上装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 産業上の利用分野 本考案は、スターリングエンジンの上部室（ボイラー
室、冷却部室、連結管、再生器）において外部より加
熱、冷却作用される熱を内部のガスに効率良く伝達せし
めて熱効率を向上せしめる様にしたスターリングエンジ
ンにおける効率向上装置に関するものである。

従来の技術 従来、かかるスターリングエンジンは上部室の外壁部を
通して間接的に加熱若しくは冷却作用せしめる様に成し
ており、又内部においてはピストンがシリンダー内を往
復動するために潤滑油が装填されているために、潤滑油
がせり上がってシリンダー内壁面、上部室内壁面に付着
し、かかる油（潤滑油）は熱伝達を阻害するために、外
部よりの加熱、冷却作用が内部のガスに充分に伝達せず
に熱効率が低下したり、油被膜が厚くなると長時間運転
の際にはスターリングエンジンが停止してしまう欠点を
有していた。

考案が解決しようとする課題 本考案は、スターリングエンジンの上部室とクランク室
を油排出流路により連通せしめ、該油排出流路には排出
弁を装着せしめることにより、外部よりガスへの熱伝達
を阻害する内壁面に付着した油（潤滑油）をクランク室
に還流させて、外部より加熱、冷却作用される熱を内部
のガスに効率良く伝達せしめて熱効率を向上せしめ又上
部室の内壁に傾斜状に溝を刻設せしめることにより、内
壁面に付着した油を油排出流路に導くことにより、更に
効率良く油を還流せしめて熱効率を向上せしめる様にし
たスターリングエンジンにおける効率向上装置を提供せ
んとするものである。

〔考案の構成〕

課題を解決するための手段 本考案はかかる点に鑑み、シリンダー内に封入されたガ
スに対して加熱、冷却作用してピストンを往復運動させ
るスターリングエンジンの上部室とクランク室を油排出
流路により連通すると共に、該油排出流路内に排出弁を
装着したスターリングエンジンにおいて、上記排出弁は
上下に一対の上弁座及び下弁座を設け、弁棒に上弁座又
は下弁座に着座する一対の上弁体及び下弁体を固定した
排出弁と成すと共に、常に一方の上弁体又は下弁体が上
弁座又は下弁座に着座する様に成したしたもの、上記排
出弁は上下に二対の上弁座及び下弁座を設け、弁棒に上
弁座又は下弁座に着座する二対の上弁体及び下弁体を固
定した同時に作動する排出弁と成したもの、上記油排出
流路は連通した第１流路と第２流路と成すと共に、上記
排出弁は第１流路と第２流路に上弁座及び下弁座を設
け、別々に作動する第１弁棒と第２弁棒に上弁座又は下
弁座に着座する上弁体及び下弁体を固定した排出弁と成
したもの、及び上部室の内壁には傾斜状に溝を刻設した
スターリングエンジンにおける効率向上装置を提供して
上記欠点を解消せんとしたものである。

作用 本考案は、スターリングエンジンの運転中、潤滑油は上
部室の内壁面に付着し、かかる潤滑油は上部室に封入さ
れたガスへの外部からの熱伝達を阻害するが、上部室に
刻設せしめた溝により潤滑油を油排出流路に導き、排出
弁によりクランク室へ還流させるのである。

実施例 以下本考案の一実施例を図面に基づいて説明すると、 １はスターリングエンジンの本体であり、該本体１は下
部のクランク室２に運動変換機構部３を設けると共に、
上部にはシリンダー４を立設せしめ、該シリンダー４の
上部と中間部を連結管５、5aにて連結せしめると共に、
その経路中には銅等の熱交換金属繊維のメッシュ積層体
よりなる再生器６を介装せしめている。

又、シリンダー４の上部にはディスプレーサーピストン
７を、下部にはパワーピストン８を夫々上下摺動自在に
内装せしめ、該ディスプレーサーピストン７、パワーピ
ストン８の下部に連接棒９、10の一端を枢着せしめると
共に、該連接棒９、10の他端を運動変換機構部３内に配
設せしめたクランク軸11に所定の位相差をもって枢着せ
しめている。

又、シリンダー４の上部にはボイラー室12、中間部には
冷却部室13を接続せしめ、上記ボイラー室12には放物面
鏡14、接続管15を介して太陽光線を集光せしめると共
に、補助としてニクロム線のヒーター（図示せず）を内
設せしめ、又上記冷却部室13は再生器６の下半分、連結
管5a、シリンダー４の下部と成して、冷却部室13には冷
却フィン16、16a…を周設せしめると共に、近傍にファ
ン17、17aを設置せしめている。

18、19は本体１の上部室20（ボイラー室12、冷却部室1
3、連結管５、5a、再生器６、本実施例では連結管5aで
あり、クランク室２でも良い。）に介装せしめたカート
リッジ式（着脱取り替え自在）の酸素吸収器、吸湿器で
あり、酸素吸収器18は耐圧容器内に高純度の数ミクロン
の鉄粉の酸素吸収剤を収納せしめると共に、吸湿器19は
耐圧容器内にシリカゲル等の吸湿剤を収納せしめてい
る。

又、21は上部室20の連結管5aに介装せしめた空気充填口
であり、該空気充填口21より高圧の空気を供給せしめて
酸素吸収器18、吸湿器19により酸素、水分を除去せしめ
て乾燥した窒素ガスを上部室20内に封入せしめている。

尚、上部室20のガスは加熱されているために、クランク
室２よりも圧力が高くなっている。

22は上部室20とクランク室２を連通せしめる排出弁23を
有する油排出流路であり、弁箱24には上部に開口直径が
数mm程度の上弁座25を、下部に下弁座26を夫々設けし
め、上弁座25及び下弁座26を貫通し上下動する弁棒27に
上記上弁座25及び下弁座26に着座する上弁体28及び下弁
体29を固定せしめている。

30はクランク軸11の回転を減速して伝達する弁棒27の上
下駆動部であり、プーリー31、31a、ベルト32、32a、歯
車33、33a、33bを介して減速した回転力をカム34に伝達
せしめ、一方弁棒27は耐圧スプリング35の付勢により上
方に押圧され、弁棒27の下部よりタペットローラー36を
有する伝達板37を横設せしめ、タペットローラー36とカ
ム34が回転して押圧することにより弁棒27が下動する様
に成している。

尚、38はクランク室２の圧力計、39、39aは連結管５、5
aの圧力計であり、又クランク室２の底部には潤滑油の
タンク40を設け、該タンク40とシリンダー４の中間部に
はギアポンプ41を有する油供給パイプ42を連通せしめて
いる。

又、第３図に図示する様に、排出弁23は２段形式のもの
もあり、弁箱24には上下部に夫々一対の上弁座43と下弁
座44、上弁座45と下弁座46を設けしめ、弁棒27には上弁
体47と下弁体48、上弁体49と下弁体50を固定せしめて同
時に上下が夫々開閉される様に成している。

第１図において、51は上部室20の冷却部屋13の内壁面に
刻設せしめた溝であり、該溝51は油排出流路22に向かっ
て下方傾斜状と成しており、又第５図ではボイラー室12
（又は冷却部屋13）に刻設せしめている。

尚、第５図において、52は排出弁23の隙間調節ネジであ
り、又上下駆動部30はプーリー31、31a、ベルト32、32
a、歯車33、33a、33bに代わりクランク軸11より減速ギ
ア53、53a…を用いたものを図示している。

又、第２図において、54は弁棒27の上部に固定せしめた
ストッパー、55はストッパー枠である。

第４図及び第５図はＬ型スターリングエンジンについて
図示したものであり、56はクランク室２内部にしてクラ
ンク軸９に連結せしめた出力軸であり、又57は金属製或
いは強化プラスチック製から成る容器体であり、該容器
体57にてクランク室２より突出する出力軸56は掩塞せし
めて容器体57内に密閉室を画成せしめると共に、上記出
力軸56には発電機58を接続せしめ、又クラッチ機構59に
より出力軸56と発電機58を接離せしめると共に、接離自
在の始動用モーター60を出力軸56に接続せしめている。

上記構成によりクランク室２の出力軸56周囲よりガス漏
出を防止せしめ、電気的に出力するのである。

尚、61はクランク軸11に固定せしめたフライホイール、
62はギア軸、63はカム軸、64、64a…は軸受である。

第７図は排出弁23の改良図であり、弁箱24に弁座受け6
5、65aを螺着せしめ、次に耐圧スプリング66、66aを圧
入せしめ、次に上弁座25、下弁座26の鍔67、67aを載置
せしめ、最後に弁座止め68、68aにより上弁座25、下弁
座26を固定せしめて、弁棒27の上下動による上弁座25、
下弁座26と上弁体28、下弁体29の押圧による衝撃を吸収
せしめている。

第８図は排出弁23の第２の改良図であり、連通せしめた
第１流路69と第２流路70を介して上部室20とクランク室
２を連通せしめ、第１流路69には上弁座71、上弁体72を
固定せしめた第１弁棒73を装備せしめると共に、第２流
路70には下弁座74、下弁体75を固定せしめた第２弁棒76
を装備せしめ、第１弁棒73と第２弁棒76は一例として第
９図に図示する様に時間差（一例として第１弁棒73は３
分間隔、第２弁棒76は５分間隔で30秒ずらしている）に
より開閉する様に成している。

尚、本実施例ではディスプレーサーピストンを配設せし
めたディスプレーサー型、Ｌ型２気筒並列型スターリン
グエンジンについて説明したが、スターリングエンジン
の形式は図示の形式に限定されず、ピストンを水平対向
状に配設せしめた水平型、同軸上にに配設せしめたシリ
ンドリカル型、スワッシュプレートを介したスワッシュ
型等任意である。

次に本考案に係るスターリングエンジンにおける効率向
上装置の作用について説明すると、 先ず、空気充填口21より空気を供給して本体１の上部室
20（ボイラー室12、冷却部屋13、連結管５、5a、再生器
６）に封入し、酸素吸収器18により酸素が鉄粉と反応し
て吸収され、又吸湿器19により水分が吸湿剤と反応して
吸収され、本体１の上部室20内のガスは乾燥した窒素ガ
スとなって運転状態に入ると、ボイラー室12に対する加
熱作用、冷却部室13に対する冷却作用によるガスの膨縮
により、ディスプレーサーピストン７、パワーピストン
８はスターリングエンジンの通常の作動に従い上下往復
運動に変換されて出力軸56が回転運動し、出力軸56を密
閉せしめてガスの漏出を防止すると共に、発電機58にて
回転力を電力に変換せしめて外部へ取り出すのである。

又、スターリングエンジンの運転中、潤滑油は上部室20
の内壁面に付着し、かかる潤滑油は上部室20に封入され
たガスへの外部からの熱伝達を阻害するが、上部室20に
刻設せしめた溝51により潤滑油を油排出流路22に導き、
１〜５分間に１回、0.5秒程度瞬間的に開閉する排出弁2
3により潤滑油をクランク室２へ還流させるのである。

〔考案の効果〕

要するに本考案は、シリンダー内に封入されたガスに対
して加熱、冷却作用してピストンを往復運動させるスタ
ーリングエンジンの上部室20とクランク室２を油排出流
路22により連通すると共に、該油排出流路22内に排出弁
23を装着したスターリングエンジンにおいては、外部よ
りガスへの熱伝達を阻害する内壁面に付着した油（潤滑
油）を上部室20（ボイラー室12、冷却部室13、連結管
５、5a、再生器６）からクランク室２に還流させて、外
部より加熱、冷却作用される熱を内部のガスに効率良く
伝達して熱効率を向上することが出来、この時に排出弁
23を装着することにより、上部室20のガスがクランク室
２へ流出することを防止出来る。

又、排出弁23は上下に一対の上弁座25及び下弁座26を設
け、弁棒27に上弁座25又は下弁座26に着座する一対の上
弁体28及び下弁体29を固定した排出弁23と成すと共に、
常に一方の上弁体28又は下弁体29が上弁座25又は下弁座
26に着座する様に成したので、油排出流路22の１箇所は
常時閉鎖状態であるために、上部室20のガスがクランク
室２に流出することを防止出来る。

又、排出弁23は上下に二対の上弁座43、45及び下弁座4
4、46を設け、弁棒27に上弁座43、45又は下弁座44、46
に着座する二対の上弁体47、49及び下弁体48、50を固定
した同時に作動する排出弁23と成したので、排出弁23が
直列の２段であるために、常に一方の上弁体47、49又は
下弁体48、50が上弁座43、45又は下弁座44、46に着座し
ているために、上部室20のガスがクランク室２に流出す
ることを更に確実に防止出来る。

又、油排出流路22は連通した第１流路69と第２流路70と
成すと共に、排出弁23は第１流路69と第２流路70に上弁
座71及び下弁座74を設け、別々に作動する第１弁棒73と
第２弁棒76に上弁座71又は下弁座74に着座する上弁体72
及び下弁体75を固定した排出弁23と成したので、時間差
をもって別々に作動する排出弁23を装着したために、第
１流路69と第２流路70が別々に開閉して確実にガスの移
動、流出を防止出来る。

又、上部室20の内壁には傾斜状に溝51を刻設したので、
上部室20の内壁面に付着した油を油排出流路22に導くこ
とにより、油が流れ易く更に効率良く油を還流して熱効
率を向上することが出来る等その実用的効果甚だ大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例を示すものにして、 第１図は本考案に係るスターリングエンジンの断面側面
図、第２図は油排出機構の一部断面側面図、第３図は２
段形式の油排出機構の一部断面側面図、第４図は他の実
施例であるＬ型スターリングエンジンの平面図、第５図
は同上断面側面図、第６図はディスプレーサー型スター
リングエンジンの出力機構図、第７図は他の実施例であ
る排出弁の断面図、第８図は他の実施例である排出弁の
断面図、第９図は同上の開閉間隔図である。 ２クランク室、５、5a連結管、６再生器 12ボイラー室、13冷却部室、20上部室 22油排出流路、23排出弁、24弁箱、25上弁座 26下弁座、27弁棒、28上弁体、29下弁体 43上弁座、44下弁座、45上弁座、46下弁座 47上弁体、48下弁体、49上弁体、50下弁体 51溝、69第１流路、70第２流路、71上弁座 72上弁体、73第１弁棒、74下弁座、75上弁座 76第２弁棒

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダー内に封入されたガスに対して加
   熱、冷却作用してピストンを往復運動させるスターリン
   グエンジンの上部室とクランク室を油排出流路により連
   通すると共に、該油排出流路内に排出弁を装着したスタ
   ーリングエンジンにおいて、上記排出弁は上下に一対の
   上弁座及び下弁座を設け、弁棒に上弁座又は下弁座に着
   座する一対の上弁体及び下弁体を固定した排出弁と成す
   と共に、常に一方の上弁体又は下弁体が上弁座又は下弁
   座に着座する様に成したことを特徴とするスターリング
   エンジンにおける効率向上装置。
2. 【請求項２】シリンダー内に封入されたガスに対して加
   熱、冷却作用してピストンを往復運動させるスターリン
   グエンジンの上部室とクランク室を油排出流路により連
   通すると共に、該油排出流路内に排出弁を装着したスタ
   ーリングエンジンにおいて、上記排出弁は上下に二対の
   上弁座及び下弁座を設け、弁棒に上弁座又は下弁座に着
   座する二対の上弁体及び下弁体を固定した同時に作動す
   る排出弁と成したことを特徴とするスターリングエンジ
   ンにおける効率向上装置。
3. 【請求項３】シリンダー内に封入されたガスに対して加
   熱、冷却作用してピストンを往復運動させるスターリン
   グエンジンの上部室とクランク室を油排出流路により連
   通すると共に、該油排出流路内に排出弁を装着したスタ
   ーリングエンジンにおいて、上記油排出流路は連通した
   第１流路と第２流路と成すと共に、上記排出弁は第１流
   路と第２流路に上弁座及び下弁座を設け、別々に作動す
   る第１弁棒と第２弁棒に上弁座又は下弁座に着座する上
   弁体及び下弁体を固定した排出弁と成したことを特徴と
   するスターリングエンジンにおける効率向上装置。
4. 【請求項４】上部室の内壁には傾斜状に溝を刻設したこ
   とを特徴とする請求項１、２又は３記載のスターリング
   エンジンにおける効率向上装置。