JPS589267B2 - スタ−リングエンジンに適用されるシ−ル装置 - Google Patents
スタ−リングエンジンに適用されるシ−ル装置Info
- Publication number
- JPS589267B2 JPS589267B2 JP51005682A JP568276A JPS589267B2 JP S589267 B2 JPS589267 B2 JP S589267B2 JP 51005682 A JP51005682 A JP 51005682A JP 568276 A JP568276 A JP 568276A JP S589267 B2 JPS589267 B2 JP S589267B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- seal
- ring
- leakage
- working fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot 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)
- Sealing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えばスターリングエンジン用として好適な
シール装置に関する。
シール装置に関する。
特に、スターリングエンジンは、最近自動車公害が重要
視されるにつれ、その排気清浄性が良いことから注目さ
れ、更にトルク特性、騒音、燃費が優れ、耐久性、整備
性もガソリン機関より良いといわれる為、一層その開発
が期待され始めている。
視されるにつれ、その排気清浄性が良いことから注目さ
れ、更にトルク特性、騒音、燃費が優れ、耐久性、整備
性もガソリン機関より良いといわれる為、一層その開発
が期待され始めている。
特に作動流体を空気から高圧の水素或いはヘリウムに換
えたことと熱交換器の温度効率の上昇によって熱効率も
内燃機関のそれと等しいか、それを上回るような値を持
つに至っている。
えたことと熱交換器の温度効率の上昇によって熱効率も
内燃機関のそれと等しいか、それを上回るような値を持
つに至っている。
ところが、高圧密閉の水素やヘリウムのような低分子量
の小さい作動流体を採用することによって、シリンダよ
りの作動流体の漏洩が新たな問題となっている。
の小さい作動流体を採用することによって、シリンダよ
りの作動流体の漏洩が新たな問題となっている。
即ち、分子量が小さい為にピストンロツドとシリンダ壁
とのシール部からも漏洩し易くなっていることが実用化
に大きな隘路となっている。
とのシール部からも漏洩し易くなっていることが実用化
に大きな隘路となっている。
ところが、従来のゴム材によるロールソックス型のもの
ではシールは完全だが反面その材質から耐久性、耐候性
に大きな問題があった。
ではシールは完全だが反面その材質から耐久性、耐候性
に大きな問題があった。
そこで本発明は、スライディングシール形式に改良を加
えることによって、シールを完全にすると共に、剛久性
のあるシール装置を得ることを目的とする。
えることによって、シールを完全にすると共に、剛久性
のあるシール装置を得ることを目的とする。
即ち、本発明は往復動するピストンロンドに対してブロ
ックシール部を設け、且つ該ブロックシール部より漏洩
した作動流体を１台の圧縮機により加圧してシリンダ室
へ決められたタイミング時間内に戻すように構成した返
還サイクルを形成したシール装置を提供するものである
。
ックシール部を設け、且つ該ブロックシール部より漏洩
した作動流体を１台の圧縮機により加圧してシリンダ室
へ決められたタイミング時間内に戻すように構成した返
還サイクルを形成したシール装置を提供するものである
。
以下、一実施例を図面と共に詳述する。
図１に於いて、例えば複動式スターリング機関のシリン
ダ室の下部と垂下するピストンロツド１が示される。
ダ室の下部と垂下するピストンロツド１が示される。
そして本発明のシール装置の主要部は、図に示されるよ
うに、シールブロックと漏洩流体の返還サイクルに分れ
ていて作動流体の洩れを完全にシールし、必要なら下方
に液体シール部が構成される。
うに、シールブロックと漏洩流体の返還サイクルに分れ
ていて作動流体の洩れを完全にシールし、必要なら下方
に液体シール部が構成される。
最初の段階に設けられるシール部分は、ブロックシール
部２であって、シリンダ側よりブッシュ２０、ブレーカ
ーリング２１が設けられ、中心となるシールブロック２
２群が後に続いている。
部２であって、シリンダ側よりブッシュ２０、ブレーカ
ーリング２１が設けられ、中心となるシールブロック２
２群が後に続いている。
なおブレーカーリング２１は、一応無潤滑で洩れをブッ
シュ２０と共に前段階的に防止するもので、シールブロ
ック２２群の負担を軽減する。
シュ２０と共に前段階的に防止するもので、シールブロ
ック２２群の負担を軽減する。
シールブロック２２は、ピストンロツド１へ接触して、
洩れを防ぐロツドパッキングリング２２０と、該ロツド
パッキングリング２２０と面接触してロツドパッキング
リング２２０が摩耗や破損した際にその保護と救助の役
を果すバックアップリング２２１を設ける。
洩れを防ぐロツドパッキングリング２２０と、該ロツド
パッキングリング２２０と面接触してロツドパッキング
リング２２０が摩耗や破損した際にその保護と救助の役
を果すバックアップリング２２１を設ける。
ロツドパツキングリング２２０とバックアップリング２
２１の構造は共に同じであって、ドーナツ状のリング片
を半径方向などに分割したものを該リング２２０の円周
溝２２３内へ嵌入したリングコイル２２４によって、円
の中心部へ圧縮力を加えるように構成されており、従っ
てピストンロツド１が上下動して、仮令軸心より外れて
ブレても、ブロツク片２２２とリングコイル２２４との
共同作用により、シール作用を大きな抵抗を受けること
なしに円滑に行なうことができる。
２１の構造は共に同じであって、ドーナツ状のリング片
を半径方向などに分割したものを該リング２２０の円周
溝２２３内へ嵌入したリングコイル２２４によって、円
の中心部へ圧縮力を加えるように構成されており、従っ
てピストンロツド１が上下動して、仮令軸心より外れて
ブレても、ブロツク片２２２とリングコイル２２４との
共同作用により、シール作用を大きな抵抗を受けること
なしに円滑に行なうことができる。
又、シールブロック２の下方には必要なら減圧室３が設
けられても良く、減圧室３は拡大されているので作動流
体は大きな圧力損失を生じてシリンダ内との圧力調整を
行なうことができる。
けられても良く、減圧室３は拡大されているので作動流
体は大きな圧力損失を生じてシリンダ内との圧力調整を
行なうことができる。
減圧室３の下方には必要に応じて第２段階の液体シール
部４が設けられても良く、完全に作動流体を外部へ洩ら
すことがないように備えられる。
部４が設けられても良く、完全に作動流体を外部へ洩ら
すことがないように備えられる。
そして液体シール部４としては、液体シール室６を挾ん
で、上方に中間シールユニット５と、下方に液体用シー
ル部７が設けられる。
で、上方に中間シールユニット５と、下方に液体用シー
ル部７が設けられる。
中間シールユニット５は、上方から、シールブロック２
と同様に、ロツドパッキングリング５０が数段配置され
、続いてスクレーパリング５１が備えられている。
と同様に、ロツドパッキングリング５０が数段配置され
、続いてスクレーパリング５１が備えられている。
ロツドパッキングリング５０は、減圧室３からの作動流
体の洩れ分を抑制して圧力損失を増加させ、後に続くス
クレーパリング５１の活動を助ける。
体の洩れ分を抑制して圧力損失を増加させ、後に続くス
クレーパリング５１の活動を助ける。
即ち、スクレーパリング５１は、ロッドパッキングリン
グ５０をベースとして、ピストンロッド１と接触する面
に真ちゅう等により製作されたリング５１１が嵌着され
ているもので、下方の液体シール室６に於いて、ピスト
ンロツド１に附着した液体を該リング５１１によって拭
払するために構成される。
グ５０をベースとして、ピストンロッド１と接触する面
に真ちゅう等により製作されたリング５１１が嵌着され
ているもので、下方の液体シール室６に於いて、ピスト
ンロツド１に附着した液体を該リング５１１によって拭
払するために構成される。
尚液体としては、ピストンロッド１と非親和性の、表面
張力の大きいもの、例えば水銀やオイルが好ましい。
張力の大きいもの、例えば水銀やオイルが好ましい。
液体シール室６の下方には、液のシールとして、シール
リング７０とＯリング７１との組合せシール、■パッキ
ン７３などの液体用シール部７が設けられている。
リング７０とＯリング７１との組合せシール、■パッキ
ン７３などの液体用シール部７が設けられている。
また、本発明の重要な構成の一つとして洩れた作動流体
が各部分に滞溜するのを、及び漏洩をできるだけ抑制す
るために、シールブロック部２より漏洩した作動流体を
シリンダ室内へ戻すリターンパイプ３１が設けられる。
が各部分に滞溜するのを、及び漏洩をできるだけ抑制す
るために、シールブロック部２より漏洩した作動流体を
シリンダ室内へ戻すリターンパイプ３１が設けられる。
作動流体の戻り回路は、図２で示すように、シールブロ
ック２から漏洩圧力Ｐｖでリターンパイプ３１を引出し
圧縮機Ｃに入る。
ック２から漏洩圧力Ｐｖでリターンパイプ３１を引出し
圧縮機Ｃに入る。
圧縮機Ｃでα分加圧された戻し圧力ＰＡ＝ＰＶ＋αは、
タイミングバルブＴ−Ｖが開いた時にシリンダ室内に押
し込められる。
タイミングバルブＴ−Ｖが開いた時にシリンダ室内に押
し込められる。
タイミングバルブＴ−Ｖは圧力検出器Ｐかクランク角検
出器Ｒにより適宜時期開放又は閉鎖される。
出器Ｒにより適宜時期開放又は閉鎖される。
又、作動流体が長期に亘って使用した際に減少した場合
は、予備タンクＴを設けておいて適宜補給することもで
きる。
は、予備タンクＴを設けておいて適宜補給することもで
きる。
尚、図１では、リターンパイプ３１は、シールブロック
群２２を通り、減圧室３を経由して外側へ増り出されて
いる。
群２２を通り、減圧室３を経由して外側へ増り出されて
いる。
そして、リターンパイプ３１を増り出す位置は、シリン
ダ室に近い所では、戻す場合、まだ漏洩圧力ＰＶが高い
ので室内の圧力ＰＣに対して＋αの圧力を圧縮機で加圧
するのみでピストンのサイクルの広い範囲に亘って戻す
タイミング（再循環タイミングと呼ぶ）を長くとれるの
で有利である（図３参照）。
ダ室に近い所では、戻す場合、まだ漏洩圧力ＰＶが高い
ので室内の圧力ＰＣに対して＋αの圧力を圧縮機で加圧
するのみでピストンのサイクルの広い範囲に亘って戻す
タイミング（再循環タイミングと呼ぶ）を長くとれるの
で有利である（図３参照）。
即ち、シリンダ室内の圧力ＰＣより＋α分高く昇圧すれ
ば、高い漏洩圧力ＰＶは、図３でみてサイクルの上方の
高い室内圧力ＰＣへ押し込めるので、押し込めのタイミ
ング時間Ｔｃを長くとれる。
ば、高い漏洩圧力ＰＶは、図３でみてサイクルの上方の
高い室内圧力ＰＣへ押し込めるので、押し込めのタイミ
ング時間Ｔｃを長くとれる。
ところが、漏洩圧力Ｐ■を高くするとコンプレツサの強
度上の問題が発生し、シール装置としてはコストが高く
なり適当でないものとなるので、できるだけ取出し位置
はシリンダ室から遠くの位置に設けるのが好しいという
ことになり、これら２つの相反する条件を満す配置が期
待される。
度上の問題が発生し、シール装置としてはコストが高く
なり適当でないものとなるので、できるだけ取出し位置
はシリンダ室から遠くの位置に設けるのが好しいという
ことになり、これら２つの相反する条件を満す配置が期
待される。
そこで、最適なものとして、圧縮機の条件により、取り
出し口の位置を決める。
出し口の位置を決める。
（１）通常圧縮機の圧縮比がε〉２となると圧縮熱が発
生し、そのためシリンダを水冷にする必要があった。
生し、そのためシリンダを水冷にする必要があった。
（２）戻し圧力ＰＡ＝ＰＣ十αと漏洩圧力との差△Ｐ＝
ＰＡ−ＰＶが大きいと多段圧縮の必要がある。
ＰＡ−ＰＶが大きいと多段圧縮の必要がある。
そこで（１）に対しては空冷方式の範囲にとどめるよう
圧縮比ε≦２として空冷方式とする。
圧縮比ε≦２として空冷方式とする。
又、（２）に対しては、１段圧縮にて加圧できる範囲内
の△Ｐを求める。
の△Ｐを求める。
（例えばシリンダ圧１２０ｋｇ／ｃｍ’に対して取り出
し圧ＰＶ２ｋｇ／ｃｍ’では多段とせねばならず、コス
トの大きな上昇を招く。
し圧ＰＶ２ｋｇ／ｃｍ’では多段とせねばならず、コス
トの大きな上昇を招く。
）従って、ε＝２を最大限の圧縮比として許容される圧
力比を求めると圧縮機内の圧縮は断熱変化として ＰＶｖＶ一ＰＡｖＡｋから ｖＶ，ＶＡ：圧縮前後の容
積 ”Ａ／ＰＶ ＝ （ ＶＶ／ＶＡ ） ｋ，圧縮比：ε
＝ｖＶ／ＶＡ＝２ ｋ＝１．４を代入して、ＰＡ／Ｐｖ＝２１、４＃２．６
３Ｐ〃え二０．３８ そこで、戻し圧力ＰＡが１ ０ ０ ｋｇ／ｃｍ’であ
るなら、洩れの増出口の漏洩圧力Ｐｙ ＝ ３ ８ ｋ
ｇ／ｃｍ’となる。
力比を求めると圧縮機内の圧縮は断熱変化として ＰＶｖＶ一ＰＡｖＡｋから ｖＶ，ＶＡ：圧縮前後の容
積 ”Ａ／ＰＶ ＝ （ ＶＶ／ＶＡ ） ｋ，圧縮比：ε
＝ｖＶ／ＶＡ＝２ ｋ＝１．４を代入して、ＰＡ／Ｐｖ＝２１、４＃２．６
３Ｐ〃え二０．３８ そこで、戻し圧力ＰＡが１ ０ ０ ｋｇ／ｃｍ’であ
るなら、洩れの増出口の漏洩圧力Ｐｙ ＝ ３ ８ ｋ
ｇ／ｃｍ’となる。
シリンダ室へ押し込む場合の圧力ＰＡは、シリンダ室の
圧力ＰＣより高くなければならないので、この場合のシ
リンダ室の圧力ＰＣが１００ｋｇ／ｃｍ’より小さい値
以下の範囲で押込みが可能となる（図３で斜線の範囲内
。
圧力ＰＣより高くなければならないので、この場合のシ
リンダ室の圧力ＰＣが１００ｋｇ／ｃｍ’より小さい値
以下の範囲で押込みが可能となる（図３で斜線の範囲内
。
）。この押し込みのタイミング時間Ｔｃの設定は、従っ
て高圧・低圧部（低圧部ではタイミング時間Ｔｃが短く
なり不適当。
て高圧・低圧部（低圧部ではタイミング時間Ｔｃが短く
なり不適当。
）の領域を除いた範囲が選ばれることになり、室内圧Ｐ
。
。
の平均圧力付近は波形が対称的な為に制御し易く選択し
易い。
易い。
又、洩れ量は多くないので小型の圧縮機をあてることが
できる。
できる。
このように、本発明は、シールブロックと戻し構成のシ
ール部を備えてシールの完全を期すと共にシールブロッ
ク部より洩れた作動流体をシリンダ室へ戻すという経済
的で有効なリターン構成を備えることによって、たとえ
分子量の小さい流体を取扱うスターリング機関に於いて
も充分に実用に供することのできるシール装置を得るこ
とが可能となる。
ール部を備えてシールの完全を期すと共にシールブロッ
ク部より洩れた作動流体をシリンダ室へ戻すという経済
的で有効なリターン構成を備えることによって、たとえ
分子量の小さい流体を取扱うスターリング機関に於いて
も充分に実用に供することのできるシール装置を得るこ
とが可能となる。
特に１台の圧縮機でもってエンジンサイクルに対し、合
理的な戻し構成を備えることによって経済的で実用的な
効果を一層促進できる。
理的な戻し構成を備えることによって経済的で実用的な
効果を一層促進できる。
更に、シールブロックの他に前記漏洩流体の戻し構成を
設けたために、ピストンロツド部に対するシール部の長
さを短縮でき、従ってエンジンの寸法を小さくとれ、エ
ンジンそのものを小型化できるという特有の効果を図る
ことができる。
設けたために、ピストンロツド部に対するシール部の長
さを短縮でき、従ってエンジンの寸法を小さくとれ、エ
ンジンそのものを小型化できるという特有の効果を図る
ことができる。
第１図はシリンダ室より垂下したピストンロツド１に対
し、シール部を設けた本発明の一実施例を示す。 第２図はシールブロック部２より漏洩した作動流体をシ
リンダ室内へ、機関の周期と関連して戻す機構の概念図
を示す。 第３図は機関サイクルに対して漏洩流体を戻すタイミン
グ時間を表示したものを示す。 ２・・・・・・ブロックシール部、２２０・・・・・・
ロツドパッキングリング、３・・・・・・減圧室、３１
・・・・・・リターンパイプ、４・・・・・・液体シー
ル部、５・・・・・・中間シールユニット、６・・・・
・・液体シール室、７・・・・・・液体用シール部、Ｃ
・・・・・・圧縮機、Ｔ．Ｖ・・・・・・タイミングバ
ルブ、Ｐ・・・・・・圧力検出器。
し、シール部を設けた本発明の一実施例を示す。 第２図はシールブロック部２より漏洩した作動流体をシ
リンダ室内へ、機関の周期と関連して戻す機構の概念図
を示す。 第３図は機関サイクルに対して漏洩流体を戻すタイミン
グ時間を表示したものを示す。 ２・・・・・・ブロックシール部、２２０・・・・・・
ロツドパッキングリング、３・・・・・・減圧室、３１
・・・・・・リターンパイプ、４・・・・・・液体シー
ル部、５・・・・・・中間シールユニット、６・・・・
・・液体シール室、７・・・・・・液体用シール部、Ｃ
・・・・・・圧縮機、Ｔ．Ｖ・・・・・・タイミングバ
ルブ、Ｐ・・・・・・圧力検出器。
Claims (1)
- １ スターリングエンジンのシリンダとピストンロツド
１とのシール装置に於いて、シリンダより垂下したピス
トンロツド１に対して、ブロックシール部２を設け、且
つ該ブロックシール部２より漏洩した作動流体を１台の
圧縮機により加圧してシリンダ室へ決められたタイミン
グ時間内に戻すように構成した返還サイクルを形成した
ことを特徴とするスターリングエンジンに適用されるシ
ール装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51005682A JPS589267B2 (ja) | 1976-01-21 | 1976-01-21 | スタ−リングエンジンに適用されるシ−ル装置 |
| US05/759,701 US4093239A (en) | 1976-01-21 | 1977-01-17 | Piston rod sealing arrangement for a stirling engine |
| DE2702428A DE2702428B2 (de) | 1976-01-21 | 1977-01-21 | Dichtungsanordnung für die Kolbenstange einer Hochdruckhubkolbenmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51005682A JPS589267B2 (ja) | 1976-01-21 | 1976-01-21 | スタ−リングエンジンに適用されるシ−ル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5289741A JPS5289741A (en) | 1977-07-27 |
| JPS589267B2 true JPS589267B2 (ja) | 1983-02-19 |
Family
ID=11617855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51005682A Expired JPS589267B2 (ja) | 1976-01-21 | 1976-01-21 | スタ−リングエンジンに適用されるシ−ル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS589267B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6046851A (ja) * | 1983-08-23 | 1985-03-13 | Kubota Ltd | 遠心鋳造金型の内面処理装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58104347A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-21 | Aisin Seiki Co Ltd | スタ−リング機関のシ−ルロツド |
| US4489554A (en) * | 1982-07-09 | 1984-12-25 | John Otters | Variable cycle stirling engine and gas leakage control system therefor |
| EP3504437B1 (de) * | 2016-08-26 | 2020-08-12 | Burckhardt Compression AG | Ölabstreifpackung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100626A (ja) * | 1974-01-09 | 1975-08-09 |
-
1976
- 1976-01-21 JP JP51005682A patent/JPS589267B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100626A (ja) * | 1974-01-09 | 1975-08-09 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6046851A (ja) * | 1983-08-23 | 1985-03-13 | Kubota Ltd | 遠心鋳造金型の内面処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5289741A (en) | 1977-07-27 |
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