JPS5835250A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS5835250A
JPS5835250A JP13331881A JP13331881A JPS5835250A JP S5835250 A JPS5835250 A JP S5835250A JP 13331881 A JP13331881 A JP 13331881A JP 13331881 A JP13331881 A JP 13331881A JP S5835250 A JPS5835250 A JP S5835250A
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JP
Japan
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working gas
cylinder
gas
expansion
regenerator
Prior art date
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JP13331881A
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JPS6313021B2 (ja
Inventor
Yozo Tosa
土佐 陽三
Kunihiko Shimoda
下田 邦彦
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • 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)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

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】 本発明はスターリング機関の改善に関する。
第1図は従来のスターリング機関の構成を示す説明図で
ある。
図において、01は膨張ピストン、02は膨張シリンダ
で、膨張ピストン01の往復動により内容積が変化する
。03は加熱器で、外部からの加熱により内部の作動ガ
スが加熱され、膨張シリンダ02と連通している。04
は圧縮ピストンで。
図示しないクランク機構によって膨張ピストン01と位
相を異にして連動する。05は圧縮シリンダで、圧縮ピ
ストン04の往復動によシ内容積が変化する。06は冷
却器で、外部からの冷却により内部の作動ガスが冷却さ
れ、圧縮シリンダ05と連通している。07は再生器で
、金属メツシュや金属球等で内部が充填されており1作
動ガスの交番流れにより熱を蓄熱、放熱できるようにな
っている。一方の入口は加熱器03に他方の入口は冷却
器06にそれぞれ通路09及び08で連通している。
第2図に膨張ピストン01及び圧縮ピストン04の動き
による膨張シリンダ02内容積寿及び圧縮シリンダ05
内容積vcの変化、及びこれらと加熱器03.再生器0
7.冷却器06を合わせた全作動ガスの容積vTの変化
を膨張ピストン01のクランク角度を横軸にして示した
。また、このときの作動ガス圧力及び各部での作動ガス
温度の変化を第3図に示す。
膨張ピストン01が上死点(クランク角度0°)から下
がり膨張シリンダ02容積■つが増すとき。
同時に圧縮シリンダ05の容積は減少するので。
作動ガスは圧縮シリンダ05から冷却器06で熱を奪わ
れながら再生器07に送り込まれるが、ここで再生熱を
受けてさらに加熱器03でも加勢されて膨張シリンダ0
2へ送られる。その結果1作動ガスの圧力は高く上昇す
る。
さらに膨張シリンダ02が容積が増してゆくと。
圧縮/リング05の容積V。は圧縮ピストン04の動き
によって増大に転じ(クランク角90°以降)。
全作動ガス容積■、は増大する。このとき5作動ガスは
膨張による内部エネルギの減少分を図示していないクラ
ンク軸を通して外部へ与えながら圧力が降下する。
膨張ピストン01の動きによって膨張シリンダ02内の
容積vIi、が減少し始めると(クランク角180°以
降)、同時に圧縮シリンダ05の容積Vも増大している
ために5作動ガスは膨張シリンダ02から加熱器03で
熱を加えられながら再生器07に送りこまれる。ここで
9作動ガスは再生器07の充填物に再生熱を与えた後温
度が下がった状態で、さらに冷却器06を経て圧縮シリ
ンダ05に送られる。
つぎに圧縮シリンダ05の容積が再び減少し始めると(
り?ンク角270°以降)、全作動ガス容積vTは減少
してゆくことになり、このとき作動ガスは、圧縮ピスト
ン04及び膨張ピストン010両方から圧縮仕事を受け
て、圧力が上昇する。
以上のサイ)ルを繰返すことによって1作動ガスが加熱
器03から受けた熱量と冷却器06に捨てた熱量の差だ
けの熱エネルギを仕事に変換しで図示しないクランク軸
から外部に取り出す。
一般に知られている理想的なスターリングサイクルにお
いては、再生器07を境としてこれより膨張シリンダ0
2側の作動ガスは全く加熱器03の加熱壁温度THと等
しく、またこれより圧縮シリンダ05側の作動ガスは全
て冷却器06の冷却壁温度TLと等しいとされ、かつ全
サイクル期間中にわたって変化しないとすることによっ
て高熱効率の理想サイクルが描かれる。
これに対し従来のものの現実のサイクルにおける作動力
スは、加熱器03及び冷却器02内に存在する作動ガス
温度はこれら熱交換器の能力を向上させることによって
理想的にはそれ中れ加熱壁温度T)!及び冷却壁温度T
Lに一定に保つことができるが、膨張シリンダ02及び
圧縮シリン、ダ05内に存在する多量の作動ガスは、そ
れぞれ加熱器03及び冷却器06からの熱の授受を受け
ることができ犬、サイクル中に第3図に示すように圧力
の変動に伴って大きく変化する。
即ち1作動ガスの圧力が高い期間には、圧縮シリンダ0
5内の温度は冷却器06の温度TLよりも大巾に上昇し
、また作動ガス圧力が低い期間には膨張シリンダ02内
の温度は加熱器03の温度THより大巾に低下する。
このため、冷却器06から熱を放出すべき期間の冷却器
側の作動ガスの熱力学的平均温度は冷却壁温度TLより
も高くなっておシ、また加熱器06にて熱を受けるべき
期間の加熱器側の作動ガスの熱力学的平均温度は加熱壁
温度TH,!ニジも低くなってしまっている。
先に述べた理想的なスターリングサイクルの熱効率は温
度比T)I/T Lにて決まシ、第4図に破線で示すよ
うに、T)I/TLが高い程熱効率が高く、かつ出力も
増大するが、現実のスターリング機関のサイクルでは、
膨張シリンダ02’及び圧縮シリンダ05内の作動ガス
の温度変動により実質の温度レベルがそれぞれ低下及び
上昇してしまうため、実質のTH/TLが大巾に低下し
た形になって、第4図の実線で示すように、熱効率及び
出力ともに、理想サイクルに比べて大巾に低下してしま
うと云う欠点を有している。
本発明の目的6は上記の点に着目し、圧縮シリンダ及び
膨張シリンダ内の作動ガスの温度変動を少なくして、熱
効率及び出力を理想スターリングサイクルのものに近づ
けることのできるスターリング機関を提供することであ
り、その特徴とするところは。
(1)冷却器と再生器との間のガス通路から圧縮シリン
ダへの循環通路を設け。
(2)加熱器と再生器との間のガス通路から膨張シリン
グ゛への循環通路を設け。
(3)それぞれの循環通路中に作割ガスの移送装置を設
け。
(4)それぞれの循環通路中に作動ガネの流れ方向へ切
替える切替弁を設け。
(5)  それぞれの切替弁は、 a)  それぞれの
シリンダ内のピストンがシリンダ内容積を減少させる方
向に動いている期間に移送装置による循環通路中の作動
ガスの流れがそれぞれのシリンダ側に向うように、また
b)それぞれのシリンダ内のピストンがシリンダ内容積
を増大させる方向に動いている期間に移送装置による循
環通路内の作動ガスの流れが上記それぞれのガス通路側
へ向うように切替えるようにした ことである。
なお、それぞれ移送装置及び切換弁を設けた上記圧縮シ
リンダへの循環通路と上記、膨張シリンダへの循環通路
とのいずれか一方のみを設けてもよい。
以下図面を参照して本発明による実施例につき説明する
第5図は本発明によるl実施例のスターリング機関の構
成を示す説明図、第6図は本発明による1実施例の切替
弁の構成を示す説明図である。
図において、符号1より9までは従来例を示す第1図の
符号01より09までと同じものを示す匂lOは圧縮シ
リンダ側の循環通路で、冷却器6と再生器7との間のガ
ス通路8と圧縮シリンダ5とを連通している。
11は移送装置で、循環通路10中に設けられている。
12は切替弁で、循環通路10中に設けられておシ、移
送装置11による作動ガスの流れの方向を。
a)圧縮ピストン4が圧縮シリンダ5内容積を減少させ
る方向に動いている期間に、循環通路10内の作動ガス
の流れが圧縮シリンダ5側へ向うように・ b)圧縮ピストン4が圧縮シリンダ5内容積を増大させ
る方向に動いている期間に、循環通路10内の作動ガス
の流れが冷却器6と再生器70間のガス通路8に向うよ
うに。
第6図に示すように構成され1図示しない駆動装置によ
り切替制御される。
13は膨張シリンダ側の循環通路ヤ、加熱器3と再生器
7の間のガス通路9と膨張シリンダ2とを連通している
14は移送装置で、循環通路13中に設けられて゛いる
15は切替弁で、循環通路13中に設けられ−Cおり、
移送装置14による作動ガスの流れの方向を。
a)膨張ピストン1が膨張シリンダ2内容積を減少させ
る方向に動いている期間に、循環通路13内の作動ガス
の流れが膨張シリンダ2側に向うように。
b)膨張ピストン1が膨張シリンダ2内容積を増大させ
る方向に動いている期間に、循環通路13内の作動ガス
の流れが加熱器3と再生器7の間のガス通路9に向うよ
うに。
第6図に示すように構成され1図示しない駆動装置によ
り切替制御される。
上記構成の場合の作用について述べる。
圧縮ピストン4が圧縮シリンダ5内容積を減少させる方
向は動いている期間は、圧縮シリンダ5内作動ガスは押
し出され冷却器6で熱を奪われてガス通路8を経て再生
器7へ向うが、そのうちの一部が循環通路10を通−っ
て切替弁12及び移送装置11によって再び圧縮シリン
ダ5内に循環される。
圧縮ピストン4が圧縮シリンダ5内容積を増大させる方
向に動いている期間は、再生器7から流れてきた作動ガ
スはガス通路8を経て冷却器6で熱を奪われ圧縮シリン
ダ5に吸入されるが、圧縮シリンに5内ガスの一部は再
び循環通路10を通って切替弁12及び移送装置11に
よってガス通通路8に戻されるように循環される。  
これにより、圧縮シリンダ5内の作動ガスは絶えず冷却
器6を循環して冷却器6の壁温TLに一定に保たれる〇 膨張ピストン1が膨張シリンダ2内容積を減少させる方
向に動いている期間は、膨張シリンダ2内作動ガスは押
し出され、加熱器3で熱を与えられてガス通路9を経て
再生器7へ向うが、そのうちの一部が循環通路13を通
って切替弁15及び移送装置14によって再び膨張シリ
ンダ2内に循環される。
膨歩ピストン1が膨張シリンダ2内容積を増大させる方
向に動いている期間は、再生器7から流れてきた作動ガ
スはガス通路9を経て加熱器3で熱を与えられた後膨張
シリンダ2に吸入されるが。
膨張シリンダ2内ガスの一部は再び循環通路13を通っ
て切替弁15及び移送装置14によってガス通路9に戻
されるように循環される。
これによシ、膨張シリンダ2内の作動ガスは絶えず加熱
器3を循環して、加熱器3の壁温THに一定に保たれる
上述のような本発明による場合は、サイクル中の圧縮シ
リンダ5及び膨張シリンダ2内の作動ガスの温度は1作
動ガス圧力の変動記がかわらず。
それぞれ冷却器壁温TL及び加熱器壁温THに保たれる
ので、理想的なスターリングサイクルに近いサイクルを
描くよ?になり、第4図に破線で示すように、実線の従
来のものに比べて、熱効率及び出力の向上が得られる。
なお、上記実施例では循環通路、移送装置及び切替弁を
圧縮シリンダ側及び膨張シリ、ンダ側の両方にそれぞれ
゛符号1oより12まで及び13よシ15までとして設
けたが、いずれが一方、即ち圧縮シリンメ側の部材10
〜12のみを設けても。
上記実施例と同様の作用にょシ、従来のものに比′べて
熱効率及び出方の改善が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスターリング機関の構成を示す説明図、
第2図は膨張シリンダ容積、圧縮シリンダ容積及び全作
動ガス容積の変化を示す線図、第3図は作動ガス圧力及
び各部での作動ガス温度の変化を示す線図、第4図はス
ターリング機関の熱効率及び出力の変化を示す線図、第
5図は本発明による1実施例のスターリング機関の構成
を示す説明図、第6図は本発明による1実施例の切替弁
の構成を示す説明図である。 1・・・膨張ピストン、2・・・膨張シリンダ、3・・
・加熱器、 4−’・・圧縮ピストン、5・・・圧縮シ
リンダ、6・・・冷却器、7・・・再生器、8,9・・
・ガス通路、10・・・圧縮シリンダ側の循環通路、1
1.’14・・・移送装置、12.15・・・切替弁、
13・・・膨張シリンダ側の循環通路。 −クラレフ素度 クランク奔泉 方3(21 牙4必

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 圧縮ピストンが往復動する圧縮シリンダから一冷
    却器を径て再生器の一方の入口に作動ガスを導くガス通
    路と膨張ピストンが往復動する膨張シリンダから加熱器
    を経て上記再生器の他方の入口に作動ガスを導くガス通
    路とを有するスターリング機関において、上記冷却器と
    再生器との間のガス通路と上記圧縮シリンダとを連通し
    途中に作動ガスの移送装置と上記圧縮ピストンの圧縮シ
    IJ 7ダ内容積を減少させる方向への移動期間には上
    記移送装置により作動ガスが上記圧縮シリンダ側へ向う
    ようにし上記圧縮ピストンの圧縮シリンダ内容積を増大
    させる方向への移動期間には上記移送装置によシ作動ガ
    スが上記冷却器と再生器との間のガス通路へ向うように
    作動ガスの流れを切替える切替弁とを設けた圧縮シリン
    ダ側の循環通路と。 上記加熱器と再生器との間のガス通路と上記膨張シリン
    ダとを連通し途中に作動ガスの移送装置と上記膨張ピス
    トンの膨張シリンダ内容積を減少させる方向への移動期
    間には上記移送装置により作動ガスが上紐膨張シリンダ
    側に向うようにし上記膨張ピストンの膨張シリンダ内容
    積を増大させる方向への移動期間には上記移送装置によ
    シ作動ガスが上記加熱器と再生器との間のガス通路へ向
    うように作動ガスの流れを切替える切替弁とを設けた膨
    張シリンダ側の循環通路とのいずれか一方の循環通路ま
    たは双方の循環通路を備えたことを特徴とするスターリ
    ング機関。
JP13331881A 1981-08-27 1981-08-27 スタ−リング機関 Granted JPS5835250A (ja)

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JPS6313021B2 JPS6313021B2 (ja) 1988-03-23

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013117116A1 (zh) * 2012-02-12 2013-08-15 Jin Beibiao 压气单元热气机
RU2565933C1 (ru) * 2014-06-06 2015-10-20 Лев Федорович Ростовщиков Поршневой двигатель замкнутого цикла

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WO2013117116A1 (zh) * 2012-02-12 2013-08-15 Jin Beibiao 压气单元热气机
RU2565933C1 (ru) * 2014-06-06 2015-10-20 Лев Федорович Ростовщиков Поршневой двигатель замкнутого цикла

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JPS6313021B2 (ja) 1988-03-23

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