JPH1089148A - Triple speed displacer-type rotary stirling engine - Google Patents

Triple speed displacer-type rotary stirling engine

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JPH1089148A
JPH1089148A JP28283296A JP28283296A JPH1089148A JP H1089148 A JPH1089148 A JP H1089148A JP 28283296 A JP28283296 A JP 28283296A JP 28283296 A JP28283296 A JP 28283296A JP H1089148 A JPH1089148 A JP H1089148A
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JP
Japan
Prior art keywords
displacer
rotary
working gas
rotor
working medium
Prior art date
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Pending
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JP28283296A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Sato
里志 佐藤
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Original Assignee
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-weight and compact Stirling engine in which a rotary discplacer and a rotary engine are combined, to reduce the flow resistance of the working medium, and to improve the performance of the regenerative heat exchangers. SOLUTION: A rotary displacer 5 in a block case 1 is rotated at a speed triple times as high as one rotation of a rotor 6. One of the volume chambers 15 of the rotor is located at a position of the start of expansion, when a volume chamber 14 of the displacer is located at a position of a heating capillary 10, and the rotor is rotated by the thermally expanded working medium. The working medium after the expansion, is extruded to the capillary penetrated through a water cooling jacket 12, contracted by low pressure, and flown into the volume chamber one chamber before. The working medium is compressed, and discharged to the volume chamber of the displacer. Two regenerative heat exchangers are installed, that is, one is only for heat reserve, and other other is only for radiation of heat. The displacer acts as a flywheel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 本発明は、スターリングエンジ
ンを実用化することにより、これまでの内燃、又は外燃
機関に変わり得るものである。又、可逆サイクルの特性
を使用してフロンガスを使用しない冷凍機として有効で
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention can be changed to a conventional internal combustion or external combustion engine by putting a Stirling engine into practical use. Further, it is effective as a refrigerator that does not use Freon gas by using the characteristics of the reversible cycle.

【0002】[0002]

【従来の技術】 図6は従来のデスプレーサー型スター
リングエンジンの断面図である。5aのデスプレーサー
と6aのパワーピストンは65゜から90゜の位相角で
16,17のピストンロッド,18,19のコネクチン
グロッドで13aのクランクシャフトにそれぞれ連結し
ている。5aのデスプレーサーと4aのシリンダーとは
作動ガスが移動する隙間がある。
FIG. 6 is a sectional view of a conventional displacer type Stirling engine. The displacer 5a and the power piston 6a are respectively connected to the crankshaft 13a by piston rods 16 and 17 and connecting rods 18 and 19 at a phase angle of 65 ° to 90 °. There is a gap between the displacer 5a and the cylinder 4a in which the working gas moves.

【0003】5aのデスプレーサーが上死点から下死点
へ移動を始めると、15aの圧縮室から14aの膨張室
へ作動ガスが移動を始め、10aの燃焼室で加熱されて
14aの膨張室の作動ガスが膨張を始める。6aのパワ
ーピストンはこの時、上死点付近にあり作動ガスの圧力
は高圧になり6aのパワーピストンに仕事をさせる。
When the displacer 5a starts moving from the top dead center to the bottom dead center, the working gas starts moving from the compression chamber 15a to the expansion chamber 14a, and is heated in the combustion chamber 10a to expand the expansion chamber 14a. Working gas begins to expand. At this time, the power piston 6a is near the top dead center, and the pressure of the working gas becomes high, causing the power piston 6a to work.

【0004】5aのデスプレーサーが下死点から上死点
へ移動を始めると、14aの膨張室の作動ガスが15a
の圧縮室に移動する。6aのパワーピストンはこの時、
下死点付近にあり、圧縮室の作動ガスは12aの冷却フ
ィンにより冷却され低圧になる。
When the displacer 5a starts moving from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the expansion chamber 14a becomes 15a.
To the compression chamber. 6a power piston at this time,
Near the bottom dead center, the working gas in the compression chamber is cooled to a low pressure by the cooling fin 12a.

【0005】6aのパワーピストンの仕事と13aのク
ランクシャフト、21のフライホイールの慣性力により
連続回転を発生させる。
A continuous rotation is generated by the work of the power piston 6a and the inertia force of the flywheel 13a and the crankshaft 13a.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のクランクを用い
るスターリングエンジンでは重量過多。ピストンリン
グ、ロッドシールからのクランク室への、作動ガスの漏
洩。再生熱交換器の性能の低さ等により、理論上の高効
率エンジンに達していない。
A conventional Stirling engine using a crank is excessively heavy. Leakage of working gas from the piston ring and rod seal into the crankcase. Due to the low performance of the regenerative heat exchanger, etc., it has not reached the theoretically high efficiency engine.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】 本発明は、ロータリー
デスプレーサーとロータリーエンジンを組み合わせるこ
とにより重量の軽減を図り直、線形状のアペックスシー
ルを用いているので作動ガスの漏洩を防ぐのが容易であ
る。本発明では作動ガスが往復移動をせずに一方向に移
動するので、再生熱交換器は蓄熱の作用だけをすればよ
く性能の向上は容易である。
Means for Solving the Problems According to the present invention, the weight is reduced by combining a rotary displacer and a rotary engine, and the use of a linear apex seal makes it easy to prevent leakage of working gas. is there. In the present invention, since the working gas moves in one direction without reciprocating movement, the performance of the regenerative heat exchanger can be improved simply by storing heat.

【0008】[0008]

【作用】 本発明は、ロータリーエンジンのブロッ
クケースを円筒形にして、ブロックケースの外側をロー
タリーデスプレーサーを3倍速で回転させる事により、
ロータリーエンジンのローターの1回転内に、3度の作
動ガスの膨張、収縮を発生させ、動力を得ようとしたも
のである。
According to the present invention, a rotary engine block case is formed into a cylindrical shape, and a rotary displacer is rotated at a triple speed outside the block case.
This is to generate power by generating and contracting the working gas three times within one rotation of the rotor of the rotary engine.

【0009】[0009]

【実施例】 本発明の実施例を、図1、図2、図3、
図5に基ずいて説明する。1はロータリーエンジンブロ
ックと一体の、5のロータリーデスプレーサーを内蔵し
たブロックケースである。2は加熱された作動ガスが、
ロータリーエンジンの膨張室に通じる通路で再生熱交換
器を内蔵している。3は膨張室から排出された作動ガス
が圧縮室に通じる細管で、12の水冷ジャケットで冷却
されている。4はローターハウジング。6はローター。
7は再生熱交換器から8の圧縮室から加熱室へ送り込ま
れる作動ガスの通路へ、熱を伝える伝熱線である。9は
ロータリーエンジンブロックとロータリーデスプレーサ
ーの、クリアランス内の作動ガスの圧力が可変になるよ
うに、取り付けたアペックスシール。10は加熱細管。
11はローターのアペックスシール。13は回転軸。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
A description will be given based on FIG. Reference numeral 1 denotes a block case that incorporates five rotary displacers integrated with a rotary engine block. 2 is the heated working gas,
A regenerative heat exchanger is built in the passage leading to the expansion chamber of the rotary engine. Reference numeral 3 denotes a thin tube through which the working gas discharged from the expansion chamber communicates with the compression chamber, and is cooled by 12 water-cooling jackets. 4 is a rotor housing. 6 is a rotor.
Reference numeral 7 denotes a heat transfer wire for transmitting heat from the regenerative heat exchanger to the passage of the working gas sent from the compression chamber of 8 to the heating chamber. 9 is an apex seal attached to the rotary engine block and the rotary displacer so that the pressure of the working gas in the clearance is variable. 10 is a heating thin tube.
11 is the apex seal of the rotor. 13 is a rotation axis.

【0010】次に動作について図5を参考にして説明す
る。5のロータリーデスプレーサーと6のローターは右
回転。5のロータリーデスプレーサーは6のローター
が、1回転するとき3回転する。6のローターは5のロ
ータリーデスプレーサーが、1回転するとき120度進
角する。したがって5のロータリーデスプレーサーが1
回転するとき、15aの容積室は作動ガスの圧縮終了か
ら、膨張終了まで容積変化する。15bの容積室は作動
ガスの排出開始から、3の細管を流動してきた作動ガス
の受け入れ開始まで容積変化する。15cの容積室は3
の細管を流動するとき、12の水冷ジャケットで冷却さ
れ低圧となった作動ガスの受け入れ途中から圧縮排出途
中まで容積変化する。
Next, the operation will be described with reference to FIG. Rotary displacer 5 and rotor 6 rotate clockwise. The rotary displacer 5 rotates three times when the rotor 6 rotates once. Rotor 6 advances 120 degrees when rotary displacer 5 rotates once. Therefore, 5 rotary displacers are 1
When rotating, the volume chamber 15a changes in volume from the end of the compression of the working gas to the end of the expansion. The volume of the volume chamber 15b changes from the start of the discharge of the working gas to the start of the reception of the working gas flowing through the thin tube 3. The volume chamber of 15c is 3
Of the working gas cooled by the 12 water-cooling jackets, the volume of the working gas changes from the middle of receiving the working gas to the middle of compression and discharge.

【0011】図5の図で5のロータリーデスプレーサ
ーの14の容積室は8の作動ガスの排出通路の位置にあ
り、15cの容積室から低圧の作動ガスを圧縮されなが
ら受け取る。8の排出通路には2の再生熱交換器通路よ
り7の伝熱線で伝えられた再生熱交換器が内蔵してあ
り、低圧の作動ガスは熱を受けながら流動する。
In FIG. 5, 14 volume chambers of the rotary displacer 5 are located at the discharge passage 8 for the working gas, and receive the low-pressure working gas from the volume chamber 15 c while being compressed. The regenerative heat exchanger transmitted from the regenerative heat exchanger channel by the heat transfer line is built in the discharge passage of 8, and the low-pressure working gas flows while receiving heat.

【0012】図5の図で5のロータリーデスプレーサ
ーの14の容積室は10の加熱細管と2の再生熱交換器
内蔵の通路を結ぶ位置にあり、14の容積室の作動ガス
は10の加熱細管で加熱膨張され、2の再生熱交換器に
熱を与えながら通路を流動し、15aの容積室を膨張さ
せる。
In FIG. 5, 14 volume chambers of the rotary displacer of 5 are located at positions connecting 10 heating thin tubes and 2 passages inside the regenerative heat exchanger, and the working gas of 14 volume chambers is 10 heating chambers. It is heated and expanded by the thin tube, flows through the passage while applying heat to the second regenerative heat exchanger, and expands the volume chamber 15a.

【0013】図5の図で15bの容積室の作動ガス
は、3の細管を流動し15cの容積室に移動する。3の
細管は12の水冷ジャケットの内を通っているので、作
動ガスは冷却され低圧収縮する。
In FIG. 5, the working gas in the volume chamber 15b flows through the small tube 3 and moves to the volume chamber 15c. The working gas is cooled and contracted at a low pressure because the capillary of No. 3 passes through the inside of the water cooling jacket of No. 12.

【0014】5のロータリーデスプレーサーにはフライ
ホイールの役目も持たせている。以上の連続動作が回転
動力を生む。
The rotary displacer 5 also has the function of a flywheel. The above continuous operation generates rotational power.

【0015】[0015]

【発明の効果】 本発明は、ロータリーエンジンでスタ
ーリングエンジンを考案しており、軽量、コンパクトに
製作できる。作動ガスが一方向に流動するよう考案して
いるので、流動抵抗の低減、再生熱交換器の性能向上を
図れる。又、発明者は上記の理由により、作動ガスを漏
洩の少ない空気にしても高効率、高出力を得られると考
えている。作動ガスの漏洩はアペックスシールと回転軸
のシールで防ぐので容易である。
According to the present invention, a Stirling engine is devised as a rotary engine, and can be manufactured to be lightweight and compact. Since the working gas is designed to flow in one direction, the flow resistance can be reduced and the performance of the regenerative heat exchanger can be improved. In addition, the inventor believes that high efficiency and high output can be obtained even if the working gas is air with little leakage for the above-mentioned reason. The leakage of the working gas is easy because it is prevented by the apex seal and the seal of the rotating shaft.

【0016】本発明はクランクシャフトを動力で回転さ
せ、スターリングエンジンの可逆サイクル理論により、
冷凍機としても使用できる。
According to the present invention, the crankshaft is rotated by power, and based on the reversible cycle theory of the Stirling engine,
It can also be used as a refrigerator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 断面斜視図FIG. 1 is a sectional perspective view

【図2】 正面断面図FIG. 2 is a front sectional view

【図3】 側面断面図FIG. 3 is a side sectional view

【図4】 上面断面図FIG. 4 is a top sectional view

【図5】 作動状態の連続図FIG. 5 is a continuous diagram of an operating state.

【図6】 従来のデスプレーサー型スターリングエン
ジンの断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional displacer-type Stirling engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はロータリーエンジンブロックと一体となったロータ
リーデスプレーサーを内蔵したブロックケース。2は再
生熱交換器を内蔵した作動ガス流動通路。3は作動ガス
流動細管。4はローターハウジング。5はロータリーデ
スプレーサー。6はローター。7は伝熱線。8は再生熱
交換器を内蔵した作動ガスの排出通路。9はアペックス
シール。10は過熱細管。11はローターのアペックス
シール。12は水冷ジャケット。13は回転軸。14は
ロータリーデスプレーサーの容積室。15はロータリー
エンジンの容積室。16、17はビストンロッド。1
8、19はコネクチングロッド。20はロッドシール。
21はフライホイール。22は点火線。23は燃料噴射
ノズル。24はロータリーデスプレーサーの回転軸。2
5はベアリング。
1 is a block case with a built-in rotary displacer integrated with a rotary engine block. Reference numeral 2 denotes a working gas flow passage containing a regenerative heat exchanger. 3 is a working gas flow capillary. 4 is a rotor housing. 5 is a rotary displacer. 6 is a rotor. 7 is a heat transfer wire. Reference numeral 8 denotes a working gas discharge passage having a built-in regenerative heat exchanger. 9 is an apex seal. 10 is a superheated thin tube. 11 is the apex seal of the rotor. 12 is a water-cooled jacket. 13 is a rotation axis. 14 is the volume chamber of the rotary displacer. Reference numeral 15 denotes a rotary engine volume chamber. 16 and 17 are biston rods. 1
8 and 19 are connecting rods. 20 is a rod seal.
21 is a flywheel. 22 is an ignition line. 23 is a fuel injection nozzle. 24 is a rotary shaft of a rotary displacer. 2
5 is a bearing.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロータリーエンジンのブロックケースを
円筒形にして、回転軸を同一方向に円筒のブロックケー
スの外周を、円筒の上面を切断した形状のロータリーデ
スプレーサーが回転する形式。
1. A type in which a block case of a rotary engine is formed in a cylindrical shape, and a rotary displacer having a shape obtained by cutting the upper surface of a cylinder around the outer periphery of the cylindrical block case with a rotation axis in the same direction.
【請求項2】 請求項1のロータリーデスプレーサーは
ロータリーエンジンのパワーローターの3倍速で回転す
る機構。
2. A mechanism for rotating the rotary displacer according to claim 1 at a speed three times the speed of a power rotor of a rotary engine.
JP28283296A 1996-09-17 1996-09-17 Triple speed displacer-type rotary stirling engine Pending JPH1089148A (en)

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