JPS58178851A - スタ−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】

本発明１［スターリング機関に係り、更に詳１〜＜Ｖｊ
、スターリング機関のｈ牛器及び冷却器の構成に関する
ものである。 スターリング機関目−周知の如く、エンジン内部に水素
、ヘリウム、空気などのガスを作動流体として密封し、
こ才１を夕１部から壁を通して加熱１２、熱エネルギー
を作動６１０体の圧力エネルギーに豫忰して仕事を得る
閉サイクルの原動桜であり、最近、騒音、排気、各種燃
料の使用、太陽熱の利用性の問題より脚光を浴ひ、各国
で研究か進めら才ｌている。 スターリング機関にし１各抽方式のものが開発さｔｌて
いるが、その一つに牟シリンダ当り一対のディスプレー
サ（ピストン）とパワーピストンを用い、シリンダヘッ
ド（高温室ヘッド）とディスプレーサとの間の高温屋と
ディスプレーツとパワー　ピストンとの１１４１の低温
室に、作動ガスを加熱器、再生器及び冷却器を通して往
復さ−Ｕ−るディスプレーザ方式がある。更に、単一ビ
ストンを有する単一シリンダヘッド又は６組設け、１つ
のピストンの」−熱中［４１（高温室）が隣接すＺ、ピ
ストンの下部ψ曲（低温室）に加熱器、再生器、冷却器
全弁ｊ〜で連結され、これらの４和又（」６絹の和名せ
でスターリング截関奮構成するダブルアクチインク“方
式のスターリング様。 関も提某されている。前者のナイスブレー現）１式のス
フ−リング（７ケ関においても、高温糸ヘッドを凸形と
して表面積を犬としく凹形でもよい）、該凸形部を゛加
熱室ヘッドとして燃焼ガスを加熱ヘッドＶｃ向けて噴射
しで、加熱する凸型加熱器を有するディスプレー現方式
や、高温室と再生器の間にナユ−ブ式の加熱器を設け、
該部を加熱するチューブ＾（ｊ加熱器紮翁するテイスプ
レーザ方式などをあげることができる。１４−′発明の
スター　リング機関は、これらの方式のいずれにも適用
できるものでＡりる。 グ釆のスター　リング＋２φ・関においてｉ；Ｊ：、　
−＋ｊｉ生益及び冷却器し［一般１７（そｔ］それ初数
個に分割さＪｌ、本体架構と別体で構成されていた。仇
−来の出生器及び冷却器の一例台・２−１］１図及び第
２図に示す。 第１図及び第２図にお−いて、］、　２．３は作動カス
の連１１ｊｉ管で、］　Ｉｔ、Ｊ加熱器−再生器ｉｊ再
生、２け再生器−６却器間、３１１冷却器−低温室間の
ものである。４　）ｊ蓄熱体、５Ａ、５Ｂは冷却水取入
管及び排出管である。 従来の再生器及び冷却器０、本体架構を取囲んで配置ｔ
ｔする為、前面面積を十分とれなく、また、作動ガスが
高圧である為、そのフランジ径を大きくｌ−７なければ
ならない。前面面積を十分確保１．ようとすると、非常
に大きな空域を必要としエンジンとして実用的でなくな
る。従って従来の再生器及び冷却器においては、作動ガ
スの通過速度が犬きくなり、圧力損失が犬である。 これに加えて、第１図及び第２図にて明らか々」二うに
、出入

【］部に訃いて、作動ガスが拡大及び収縮さ一■
ノーられるので、これによる圧力損失が加わる。′！ｒ
だ、再生器」：りの熱放散が大きい。 本発明の目的を−１、出生器及び冷却器の十分々前ｒｆ
＋ｉ面槓を確保ｔ〜、作ｎｄ＋ガスの通過の際の圧力１
ｈ失を低下Ｉ〜、機関全体と１−での専有空域ケ大どぜ
ず、熱損失を少なくすることができるスターリング機関
４ｒ−提供するｆＣある。 本発明によるスターリング機関ｋＪ、ピストンを包容す
るシリンダライナと、該シリンダライナを以Ｉ望の間隔
を保って取囲み圧力り器を形成するＭ’ｌ架栴及びこれ
に固渋する高幅室へ、ノドとσ）曲の環状領域に、再生
器が設けられ、該肉牛器が複数段に分割され、各段共に
筒状蓄熱体により内側室と外側１室に４１切らＪｌ、該
内側室が上段の夕１側室又は上段′の内側室に、該外側
室が下段の内側室ヌυ−下段の外側室に、該再生器量Ｊ
−８Ｖか加熱器に、該出生器下段が冷却室にそれそわ連
通さ１１、該シリンダライナに続いて、その内側面にて
ピストンを包容する円筒形の冷却器を設けであることを
特徴とするスターリング機関である。 以下、本発明によるスターリング機関を実施例の図面に
基ついて冊、明する。第３図、第４図及び第５図ｄ本発
明のスターリング機関のそれぞれ異なる実が１例の部分
軸・断面図である。第３図、第４図及び第５図のスター
リング機関は、それぞ７］凸ハリ加熱器を廟するディス
プレー−−リ一方式、チューブ型別熱器ヲ不するディス
プレーザ方式及びダブルアクティング方式のスターリン
ク機関にｈ＋するものである。 第３図及び第４図において、ｌ：Ｊディスプレーサ（ピ
ストン）、２１ｄパワーピストン（ｉ４４図にては省略
）、第５図において３はダブルアクティングピストンで
ある。これらのピストン］、　２．３１シリンダライナ
４により案内されて往復運動する。第３図のエンジンで
は、シリンダライナ４の先端に、高温室６内の作動流体
を再生器１２に導く孔が穿設された中子８が一体に形成
されている。捷だ、シリンダライナ４を断層の間隔にて
取ｕｆ１み圧力容器を形成する架構９が設けられている
。架構９にＣ１：凸形の高温室ヘッド１０がｈ層１〜で
ある。高温室ヘッド１０の夕１側に１燃焼室１１が形成
され、高温室ヘッドは加熱器１０Ａを形成１〜でいる。 高温室６内の作動ヒｊ１体Ｖ、ｊ中子８の孔を通り、中
子８の外側と高温室ヘッド１０（加熱器１０Ａ）との間
の狭い空隙を通り、再生器１２及び冷却器１３に導かＪ
′１、冷却器］　３　Ｊ：　リ低湖呈７に送られる。 第４図のエンジンで６２、第３図σ）エンジンと異なり
、中子１１けてなく、高温室６内の作動９１１．体←」
高温Ｗヘッド１０に穿設された孔より管状の加熱器１０
Ａを辿り内生器】２に綱、かれ／、。その他ｄ犯：う図
のエンジンと同様な構成である。但１〜、本発明の構成
と１１関係がないか、燃焼排カスによる空幼子熱器１４
か記載さねていゐ（ｉ；ｉ：’、　５図σンエンジンも
同様で凌）る）。 鉋５図のエンジンにおいて１１、ダブルアクティングピ
ストン３の上部空間の高温室６が１４接するピストン３
の下剖空ｆｉｊｌのイｋ＞ｂｉｉｌ（図示なし）に管渠
加熱器１０Ａ及び佐者のピストン３の周辺の再生器１２
及び冷却器（図示な１．）を介して連結されている。 とわうのエンジンにおいては、／リンダライナ４と、シ
リンダライナ４を所望の間隔を保って取囲む架構９及び
これに同着する伍；温室ヘッドｌＯとの曲の環状領域に
出生器１２が設けられている。７４１午器１２１株数段
（ｇ７；　１図の内生器Ｖ１３段）に分割され、各段共
（ｊ筒状蓄熱体１２Ａにより内側室１２Ｂと外側室１２
０に仕切らＪ’ｌている。最上段の内１１１１１案１２
Ｂロー加熱器Ｉ　ＯＡに連通さＪｌ、外側室１２０け段
仕切壁に設けだ↓ヤ状スリツｌ　Ｔ　２１）を通り下段
の内側率１２Ｂに神：　；Ｆｌｌされ、順次夕１側室が
下段゛の内側室に１！ｌ・通さね、最下段の夕（側室１
２Ｃが冷却器１３にｉｌ　、１ｒｌｊされている。 昂却器Ｉ３←１第３図のみに示しであるが、第３図から
明らかなように冷却器１３は円筒形をなし、シリンダラ
イナ４につづいて、内側面にてビスｉ・ンＩ、　２．３
を冷′内して往復摺動させる。 第３図の冷却器（１３ｄシリンダ軸に平行な多数の冷却
管イ【・有し、管外より水等の冷奴で冷却され、作動流
体が１内ｋ　；）ｆｉす、両端の空域より再生器１２及
び低温室７の量分往復し倚るように１７である。 本発明のスターリング（・δ−関０、以上の如く構成さ
Ｊｌ、優れた％　’Ｑ；、・をイｊＬ１優れた効果をあ
げるととかて゛きる。以下、これを個条曹にして述べる
。 （１）　再生器、冷却器とも士り″Ｊガ前面而面をとる
ことができる。これによりガスの圧１月１失か少りくな
る。即ち、非用逆袖失及びディスプレーサの駆動壮挙か
減少しで、熱効率、出力を上昇することができる。この
内生器において１、流れ方向の伶４舅が数個所あるか、
ガス流速が十分小さいだめＢ−力損失１少なく、従来の
スターリング徐閉に比して圧力損失が−１〜−に減少す
る。 ０ （２）　　４　Ｔｌ’ｐｉガスが加熱器から再生器否通
り冷却器に導入する場合、再生器中で冨に内１１１１１
から入り、蓄熱体１／（ｌ熱着−りえて但い湯度のカス
となり伺１１１：・ヘゲ１出する為、肉牛器より夕１部
への熱損失か少ない。 （３）　　内生器がンリンタ則１１心方回に複バβνに
分割されているので、加熱器又ｄ高湛室ヘッド及び保）
開架構内の７Ｍバシー勾自「１が々たらかになり、犬さ
な熱応力が発生しない。 反曲、高温室ヘッドに炭化けい素、糖化けい素などの線
膨張係数の小ざいセラミックス台使用し、架ｈ’＝に線
層張係数がセラミックスの３〜５倍ある炭家鋼、ステン
レス鋼を使用−４る延１合Ｖ（、第３．４．５図に示す
ように両者の接続部で内生器を分割することにより、セ
ラミックス部分と金属ｆ８１１勺とに１００〜３００℃
の大きな湖暦差才力えることも可能である。 例えば、第３図に示すように３段に分割しｆｃ両生器の
実施例において、上段の内用１１１室に導入された１１
００℃のガスＣ１８００℃となって夕ｌ倶１家へ流、出
し、中間段で）１．ｉ５００　’Ｃど斤って夕）側室へ
流出し、下段で２００℃とガっで冷却器へ送出される。 よって、本発明σ身、・シ関で←１、同一部材中の娼裏
勾配を小さくし、他部（」との間の温ｔｂ−差を大きく
することか可能であり、構造設計が容易と々す、セラミ
ックスの高温部材への適用を覗、実化することができ、
ザイクル最高温度を上列し、熱効率を」二昇することが
できる。 （４）　　プリンダライナ高温部からの輻射熱を再生器
で遮断する為、従来の一部の機関で行なわれていたよう
な架構の水冷を行なう必要がなくなる。冷却する必較が
生じんとしても、燃焼用伊気での冷却で十分であり、実
働的な熱損失と々らない。 ４”お−、再生器中のカスの流し方は以−にで述べた上
段゛の外側室と下段の内側室を連通させるやり方以外に
設計によって１才、上段の外側室と次段゛の外側室およ
び次段の内側室と次々段の内側室を連通させるやり方も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のスターリング機関の出生器及
び冷却器の一例の縦断面図、第３図、鰯４図及び第５図
はそｉｌぞれ本発明の、凸型加熱器を有するテイスプレ
ーザ方式、チューブ型加熱器を治するディスプレーザ方
式及びダブルアクテイングカ式のスターリング機関の実
１１１１例のＨｌ１分範′断面図である。 １・・−テイスプレ−サ、２・・・パワーピストン、３
・・・ダブルアクティングピストン、４・・・ノリンダ
ライナ、６・・・高温室、７・・・低温室、８・・・中
子、９・・・架構、ＩＯ・・・高温室ヘッド、ＩＯＡ・
・・加熱器、１１・・・燃焼室、】２・・・出生器、１
２Ａ・・・筒状蓄熱体、１３・・・冷却器、１４・・・
空気予熱器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンを包容するシリンダライナと、該シリンダライ
   ナを所望の間隔を保って取囲み圧力容器を形成する機関
   架構及びこれに固着する高飾室ヘッドとの間の環状領域
   に、再生器か設けられ、該再生器が仲数ト：″に分割さ
   れ、各段共に筒状蓄熱体により内側室と外ｔ１１１室に
   仕切られ、該内側室が上Ｂ）′の外倶１室又ｔ」十段の
   内側室にＫゑ外側室か下段の内側基又０下段の外側室に
   、該再生器量上段が加熱器に、該再生器最下段が冷却器
   ＶＣそれぞわ連通さｔｌ、該シリンダライナに続いて、
   そり内側面にてピストンを包容する円筒形の冷却器紮設
   けであることを％徴とするスターリング機関。