JPH086640B2 - スターリングエンジン - Google Patents

スターリングエンジン

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JPH086640B2
JPH086640B2 JP62078552A JP7855287A JPH086640B2 JP H086640 B2 JPH086640 B2 JP H086640B2 JP 62078552 A JP62078552 A JP 62078552A JP 7855287 A JP7855287 A JP 7855287A JP H086640 B2 JPH086640 B2 JP H086640B2
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JP
Japan
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piston
heat exchanger
buffer tank
temperature heat
crank
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剛 山下
勝政 荒岡
澄 香川
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明はスターリングエンジンに関する。
(従来の技術) 近年、省エネルギーの一環としてスターリングエンジ
ンが見直され、精力的に研究がなされている。
第2図は、いわゆるV字型(L字型)エンジンと呼称
されている2ピストン式のスターリングエンジンの構成
を概略的に示す断面図であり、膨脹シリンダ1と圧縮シ
リンダ2との間に、高温熱交換器3と再生器4および低
温熱交換器5が接続されている。膨脹シリンダ1内の膨
脹ピストン6と圧縮シリンダ2内の圧縮ピストン7と
は、クランク室8内のクランク9にピストンロッド12,1
3およびコネクティングロッド10,11を介して接続されて
いる。シリンダ1,2およびピストン6,7で形成された作動
空間内には作動ガス、例えばHeガスが封入されている。
なお、ピストンロッド12,13は、膨脹ピストン6および
圧縮ピストン7の背面空間16,17とクランク室8内とを
仕切るシール機構41,42を介してコネクティングロッド1
0,11に連結されている。そして、背面空間16,17内およ
びクランク室8内には、クランク室8内の潤滑油によっ
て作動ガスが汚染されるのを防止するとともに作動ガス
の流失を抑制するために、作動ガスと同じ種類のガスが
所定の圧力で封入されている。
このような構成において、高温熱交換器3で作動ガス
を加熱して膨脹させると、膨脹シリンダ1内の膨脹ピス
トン6が押し下げられ、クランク9が回転する。そし
て、9が戻り過程に入った時、膨脹シリンダ1内の作動
ガスは再生器4で熱を奪われた後、低温熱交換器5に移
送され、圧縮シリンダ2内に供給される。従って、クラ
ンク9は圧縮ピストン7によってさらに回転させられる
ことになる。次いで、膨脹ピストン6が再度下り過程に
入る時、圧縮シリンダ2内の作動ガスは再び再生器4に
移送され、ここで予熱された後、高温熱交換器3で加熱
され膨脹して、再度膨脹シリンダ1内に供給される。
こうして作動ガスの加熱・冷却による膨脹・収縮によ
り、膨脹ピストン6と圧縮ピストン6と圧縮ピストン7
を往復動させ、クランク9を回転させて出力を取出すこ
とができる。
このようなスターリングエンジンにおいて、従来では
さらに膨脹側ピストンロッド12および圧縮側ピストンロ
ッド13の各々のクロスヘッド部14,15においてピストン
背面空間16,17にパイプ31,32の各一端を接続し、パイプ
31,32の各他端をエンジン本体の外部に設けられている
バッファタンク30に連通させている。これはピストン6,
7が往復動する時に、ピストン背面空間16,17にある作動
ガスまたは空気が抵抗となって効率を下げるのを防ぐた
めにピストン背面空間16,17にある作動ガスまた空気が
圧縮を受ける時はパイプ31,32を通じてバッファタンク3
0へ逃がし、その抵抗を減らすことを目的している。
しかしながら、このような目的を達成するためにはバ
ッファタンク30として容積の非常に大きいものが必要で
ある。従って、バッファタンク30によりスターリングエ
ンジンの設置スペースが増大し、組立てや整備に際して
もバッファタンク30が邪魔になり、作業が煩雑となる。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来のスターリングエンジンにおいては、
大型のバッファタンクを必要とし、エンジンの設置スペ
ースが増大し、組立てや整備が煩雑化するという問題が
あった。
本発明はこのような問題点を解決し、外部に設けられ
るバッファタンクを不要とするか、または小型化するこ
とができ、設置スペースが小さく、組立ておよび整備が
容易なスターリングエンジンを提供することを目的とす
る。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、シリンダおよびピストンからなる要素をV
字型に2個配置するとともに、各要素の容積可変空間を
高温熱交換器,再生熱交換器および低温熱交換器を介し
て接続し、この接続によって形成された閉空間内に作動
ガスを封入し、この動作ガスを上記高温熱交換器,再生
熱交換器および低温熱交換器で加熱・冷却して膨脹・収
縮させることによって上記各要素のピストンを往復動さ
せ、これらピストンの往復動を上記各ピストンの背面空
間とはシール機構で仕切られたクランク室内のクランク
に伝達して上記クランクの回転運動に変換するようにし
たスターリングエンジンにおいて、前記各ピストンの前
記背面空間に共通に連通するバッファタンクを上記クラ
ンク室に対して気密に分離させて前記クランク室の構成
壁内に形成してなることを特徴としている。
(作用) クランク室内の潤滑油の漏れだしを防止するとともに
作動ガスの流失を防止できるようにピストンの背面空間
の圧力とクランク室の圧力とが設定されたとき、背面空
間とクランク室との圧力差は小さい。したがって、クラ
ンク室の構成壁で背面空間との境界に位置する部分には
それ程の機械的強度性が要求されない。このため、クラ
ンク室の構成壁で背面空間との境界に位置する部分内に
バッファタンクを形成しても機械的強度の面から問題と
なることはない。このように、バッファタンクをクラン
ク室構成壁内に設けると、スターリングエンジン本体外
部のバッファタンクが不要になるか、またはクランク室
内のバッファタンクでは容量が足りず外部に補助的にバ
ッファタンクを設ける場合でも、その外部バッファタン
クは小型なものでよい。従って、スターリングエンジン
の設置スペースが減少するとともに、組立てや整備が容
易となる。特に、外部バッファタンクが不要な場合に
は、その外部バッファタンクへの接続パイプの必要がな
くなるため、これらの効果は一層顕著となる。また、ク
ランク室の構成壁内に設けられたバッファタンクはピス
トン背面空間に近接して設けられるため、外部バッファ
タンクの場合に比べてピストン背面空間の作動ガスおよ
び空気の流動抵抗が小さくなり、それだけより小さい容
積でバッファタンクとしての効果が得られる。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の概略的構成を示す断面図
であり、第2図と同様に2ピストン式のスターリングエ
ンジンに適用した例である。
第1図において、膨脹シリンダ1と圧縮シリンダ2と
の間には、高温熱交換器3と再生器4および低温熱交換
器5が接続され、膨脹シリンダ1内の膨脹ピストン6と
圧縮シリンダ2内の圧縮ピストン7とは、クランク室8
内のクランク9にピストンロッド12,13およびコネクテ
ィングロッド10,11を介して接続されている。シリンダ
1,2およびピストン6,7で形成された作動空間内には作動
ガス、例えばHeガスが封入されている。
膨脹シリンダ1内には膨脹ピストン6が挿入され、こ
の膨脹ピストン6の下部にピストンロッド12を介してコ
ネクティングロッド10が連結されている。ピストンロッ
ド12は膨脹シリンダ1の内壁に支持されたクロスヘッド
部14により案内されて往復動する。膨脹シリンダ1内の
クロスヘッド部14の周囲には、ピストン背面空間16と、
このピストン背面空間16の下方に位置して連通孔18が形
成されている。この連通孔18はクロスヘッド部14の周囲
の外壁を切削することにより形成されたもので、連通孔
19を介してクランク室8の構成壁43で、圧縮ピストン7
の背面空間17との境界に位置する部分内に形成されたバ
ッファタンク20に連通している。
一方、圧縮シリンダ2内には圧縮ピストン7が挿入さ
れ、この圧縮ピストン7の下部にピストンロッド13を介
してコネクティングロッド11が連結されている。ピスト
ンロッド13は圧縮シリンダ2の内壁に支持されたクロス
ヘッド部15により案内されて往復動する。この圧縮シリ
ンダ2内においても、クロスヘッド部15の周囲にピスト
ン背面空間17とその下方に位置して連通孔21が形成され
ている。そして、この連通孔21はさらに連通孔22を介し
てバッファタンク20に連通している。
次に、このように構成されたスターリングエンジンの
作用を説明する。
まず、高温熱交換器3で作動ガスが加熱されて膨脹す
ると、膨脹シリンダ1内の膨脹ピストン6が押し下げら
れ、クランク9が回転する。クランク9が戻り過程に入
った時、膨脹シリンダ1内の作動ガスは再生器4で熱を
奪われた後、低温熱交換器5に移送され、圧縮シリンダ
2内に供給されることにより、クランク9は圧縮ピスト
ン7によってさらに回転させられることになる。次い
で、膨脹ピストン6が再度下り過程に入る時、圧縮シリ
ンダ2内の作動ガスは再び再生器4に移送され、ここで
予熱された後、高温熱交換器3で加熱され膨脹して、再
度膨脹シリンダ1内に供給される。このような作動ガス
の加熱・冷却による膨脹・収縮により、膨脹ピストン6
と圧縮ピストン7が往復動され、これによりクランク9
が回転して外部に出力が取出される。
ここで、膨脹ピストン6および圧縮ピストン7がそれ
ぞれ押し下げられる時は、ピストン背面空間16,17にあ
る作動ガスまたは空気は圧縮を受けるが、ピストン背面
空間16は連通孔18,19を介してバッファタンク20に連通
され、ピストン背面空間17も同様に連通孔21,22を介し
てバッファタンク20に連通しているため、圧縮を受けた
作動ガスまたは空気はバッファタンク20へ逃げる。これ
によりピストン6,7の往復動時の抵抗が減じられる。
この場合、バッファタンク20はクランク室8の構成壁
43内に設けられているため、第2図に示したようにバッ
ファタンク30および該タンク30とピストン背面空間16,1
7とを接続するパイプ31,32をエンジン本体の外部に設け
たスターリングエンジンと比較して、設置スペースが非
常に小さくて済む。また、組立てや整備の際にバッファ
タンクおよびパイプ等が邪魔とならないので、作業が容
易となる。さらに、バッフアタンク20とピストン背面空
間16,17との間はエンジン内部に形成した連通孔18,19お
よび21,22により最短距離で連通しているため、ピスト
ン背面空間16,17内の作動ガスや空気の流動抵抗が最小
限に抑えられる。従って、バッファタンク20は従来の外
部に設けたバッファタンクと同一容積でも、実効的によ
り大きなバッファ効果を発揮することになる。換言すれ
ば、バッファタンクをクランク室8の構成壁43内に設け
た場合は、より小さな容積で大きなバッファ効果が得ら
れる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば実施例ではバッファタンクをクランク室の構
成壁内にのみ設けたが、外部にも補助的に設けてよい。
その場合、外部に設けるバッファタンクは従来に比較し
て格段に小型でよいから、設置スペース等の点で有利と
なる。また、実施例では2ピストン式のスターリングエ
ンジンについて説明したが、ディスプレーサ式のスター
リングエンジンにも本発明を適用することが可能であ
る。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
[発明の効果] 本発明によれば、バッファタンクの全部または一部を
クランク室の構成壁内に形成したことにより、設置スペ
ースが小さく、組立てや整備が容易なスターリングエン
ジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るスターリングエンジン
の断面図、第2図は従来のスターリングエンジンの断面
図である。 1……膨脹シリンダ、2……圧縮シリンダ、3……高温
熱交換器、4……再生器、5……低温熱交換器、6……
膨脹ピストン、7……圧縮ピストン、8……クランク
室、9……クランク、10,11……コネクティングロッ
ド、12,13……ピストンロッド、14,15……クロスヘッド
部、16,17……ピストン背面空間、18,19,21,22……連通
孔、20……バッファタンク、43……構成壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香川 澄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝家電機器技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−85451(JP,A) 特開 昭58−158353(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダおよびピストンからなる要素をV
    字型に2個配置するとともに、各要素の容積可変空間を
    高温熱交換器,再生熱交換器および低温熱交換器を介し
    て接続し、この接続によって形成された閉空間内に作動
    ガスを封入し、この作動ガスを上記高温熱交換器,再生
    熱交換器および低温熱交換器で加熱・冷却して膨脹・収
    縮させることによって上記各要素のピストンを往復動さ
    せ、これらピストンの往復動を上記各ピストンの背面空
    間とはシール機構で仕切られたクランク室内のクランク
    に伝達して上記クランクの回転運動に変換するようにし
    たスターリングエンジンにおいて、前記各ピストンの前
    記背面空間に共通に連通するバファタンクを上記クラン
    ク室に対して気密に分離させて前記クランク室の構成壁
    内に形成してなることを特徴とするスターリングエンジ
    ン。
JP62078552A 1987-03-31 1987-03-31 スターリングエンジン Expired - Fee Related JPH086640B2 (ja)

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JPS63246450A JPS63246450A (ja) 1988-10-13
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