JPS5896147A - Stirling cycle engine - Google Patents

Stirling cycle engine

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JPS5896147A
JPS5896147A JP19500681A JP19500681A JPS5896147A JP S5896147 A JPS5896147 A JP S5896147A JP 19500681 A JP19500681 A JP 19500681A JP 19500681 A JP19500681 A JP 19500681A JP S5896147 A JPS5896147 A JP S5896147A
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JP
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piston
pistons
heat
guide
space
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JP19500681A
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Yoshihiro Ishizaki
嘉宏 石崎
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5896147A publication Critical patent/JPS5896147A/en
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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
    • F02G1/044Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output

Abstract

PURPOSE:To prevent reduction of thermal efficiency in a gas engine consisting of two long pistons and one short piston respectively provided with a guide piston, by forming an oil removable space and a variable gas space in each said piston. CONSTITUTION:Power is taken out through guide pistons 60, 61, 62 from the heat cycle of the variable space 45, 46, 49, 50 for an operating fluid formed by long pistons 43, 44 and a short piston 47. An operating fluid at a high pressure is fed into the spaces 63, 64 formed in the lower portion of said long pistons 43, 44 and into the space 72 in the lower portion of said short piston 47, while said spaces 63, 64, 72 are communicated with each other, thus, the inflow of an oil from the guide piston side is prevented. Moreover, a space 69 is formed in each said pistons 43, 44, 47. In said space 69, an oil is splashed at a low pressure and returned to a crank case. Further, a piston 110 with a small diameter is disposed in the upper portion of said short piston 47. In the case that the pressure of the operating fluid is lowered, the operating fluid in the crank case is led from 116 into said piston 47 through a filter 113 and a purifier 114 and compressed by said piston 110 and then returned to the operating space, thus maintaining the performance.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動流体を主として気体(特別な場合は液体
、混合気体、2和気体もある)とし、熱サイクルか理想
的には2の等容過程と2つの等温過程からなるスターリ
ングサイクル機関の機器構成に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention uses a working fluid mainly as a gas (in special cases, there are also liquids, mixed gases, and dual gases), and a thermal cycle or ideally two isovolumic processes and two isothermal processes. It concerns the equipment configuration of a Stirling cycle engine consisting of processes.

スターリング機関は液化天然ガスの冷熱を利用して勢力
を発生させたり、化石溶料や太陽熱等で加熱して、勢力
の発生をざらにモータ等の動力を機関に加えて、極低温
を発生させ、冷凍機やヒートポンプとすることが出来る
可逆サイクル機関である。
The Stirling engine uses the cold heat of liquefied natural gas to generate force, or heats it with fossil solvents, solar heat, etc., generates force, and then applies power from a motor to the engine to generate extremely low temperatures. It is a reversible cycle engine that can be used as a refrigerator or a heat pump.

これらの目的・用遼等に関しては、既知のことであり、
ざらに出願人の特許でも詳しく述べているので、ここで
は一般σJダブル・アクティング・タイプの原動機の欠
点と、本発明の機器構成とその特長並びに原理的な動作
について述べる。
These purposes and uses are well known;
Since this is briefly described in detail in the applicant's patent, the drawbacks of the general σJ double-acting type prime mover, the equipment configuration of the present invention, its features, and its principle operation will be described here.

一般のスターリングサイフルロ関(以後ガス機関と言う
)のうち原物−関を目的とする代表的な機器構成、は、
第】図に示すごとく、ピストンの両端で作動流体を圧縮
・膨張させるダブル・アクティングeタイプで、4つの
ピストンシリンダから成り立っている。
The typical equipment configuration for the original Stirling gas engine (hereinafter referred to as gas engine) is as follows:
As shown in the figure, it is a double-acting e type that compresses and expands the working fluid at both ends of the piston, and consists of four piston cylinders.

1〜4はシリンダ、5〜8はピストン、9〜12はピス
トンロンドで図示しないがビス)ン往復動機構(クラン
クシャフト、揺動板1回転斜&、2連または8達クラン
クシヤフト等)に90度の位相差で往復動Tるようそれ
ぞれ連結されている。
1 to 4 are cylinders, 5 to 8 are pistons, and 9 to 12 are piston ronds (not shown) for reciprocating mechanism (crankshaft, oscillating plate 1 rotation oblique &, 2 series or 8 series crankshaft, etc.) They are connected to each other so that they can reciprocate with a phase difference of 90 degrees.

作動流体(通常はガスで、7レオン、水素。Working fluid (usually gas, 7 leon, hydrogen.

ヘリウム等或は混合気体、特殊例としてメタン水)は、
それぞれの熱サイクルを形成、Tる膨張部18〜16と
圧縮部17〜20との間にヒーターチウプ21〜24.
蓄熱器25〜28.放熱器29〜82を介してつながっ
ている内部に数lO気圧から200気圧で封入されてい
る。
Helium, etc. or mixed gases (as a special case, methane water),
Heater chips 21-24.
Heat storage devices 25-28. It is sealed in an interior connected via heat radiators 29 to 82 at a pressure of several 10 atm to 200 atm.

但し、88〜86は、ピストンリング、87〜40は作
動流体をロンドでシールするグランド・バッキングであ
り、高圧(100〜200に圧)の作動流体がピストン
往復動−構のクランクケースへ漏えいするのを防ぐ。動
力はヒーターチウプ21〜24が600〜soo’cに
加熱されると作動流体が膨張空間13〜16でそれぞわ
、のピストン5〜8を押す仕事シすると同時にし圧縮空
間17〜20では、作動流体を押す仕4IをTるため、
膨張仕事と圧縮仕事の差が有効仕事として図示しないピ
ストン往復動機構より得゛らjる。但し、放熱器29〜
82は作動流体が圧縮時においては50〜120℃とな
るためその熱を大気に放熱する。この原動機は、第2図
に示すように理想的には4つのサイクルの作動流体が9
0度の位相差で、高圧で正弦的にそれぞれ変動(140
〜250気圧、第2図の例、横軸はクランク角)しなが
ら、動力を発生するのであるが、それぞれの膨張空間と
90度位相の異なるそれぞれのサイクルの圧縮空間とを
同一ピストンσ)両地でピストンリングを介して形成し
ていることである。例えば、第1図の膨張空間14.ヒ
ーターチウブ22.蓄熱器26、放熱器80.圧縮部1
9のサイクルの作動流体の圧力変化Tr12図のbとす
ると、圧力が一番高くなる時はクランク角約150度で
250気圧となり、こ02時ピストンリング84のシー
ルか完全でないと膨張空間14の高温度(500〜70
0℃)の作動流体(例えば水素、ヘリウム、水等)は、
クランク角が90度進んで作動しているサイクルa(こ
の時χ点で180気圧)のFI−縮空間】8に漏れてし
まうことである。
However, 88 to 86 are piston rings, and 87 to 40 are gland backings that seal the working fluid with ronds, which prevents high pressure (100 to 200 pressure) working fluid from leaking into the crankcase of the piston reciprocating mechanism. prevent When the heater chips 21 to 24 are heated to 600 to soo'c, the working fluid works to push the pistons 5 to 8 in the expansion spaces 13 to 16, respectively, and at the same time, in the compression spaces 17 to 20, the power is activated. In order to push the fluid,
The difference between expansion work and compression work is obtained as effective work from a piston reciprocating mechanism (not shown). However, heatsink 29~
82 radiates the heat to the atmosphere since the working fluid has a temperature of 50 to 120° C. when compressed. Ideally, this prime mover has four cycles of working fluid, as shown in Figure 2.
With a phase difference of 0 degrees, each fluctuates sinusoidally at high pressure (140
~250 atm (example in Figure 2, the horizontal axis is the crank angle), and power is generated, but each expansion space and the compression space of each cycle with a 90 degree phase difference are connected to the same piston σ). The piston ring is formed on the ground through the piston ring. For example, the expansion space 14 in FIG. Heater tube 22. Heat storage device 26, heat radiator 80. Compression section 1
Assuming that the pressure change of the working fluid during the 9th cycle is Tr12 (b) in the diagram, the highest pressure is 250 atm at a crank angle of about 150 degrees, and if the piston ring 84 is not completely sealed at this time, the expansion space 14 will be damaged. High temperature (500-70
0℃) working fluid (e.g. hydrogen, helium, water, etc.)
The problem is that it leaks to the FI-contracted space]8 of cycle a (180 atm at point χ at this time) where the crank angle is advanced by 90 degrees.

この結果、作動流体の質量が1のサイクルでは増え、b
のサイクルでは減ることにより、l)最適な設計値(温
度、流量、圧力等)より造られたヒーターチウプ、蓄熱
器、放熱器σ」熱バランスが崩れるため、出力及び熱効
率の低下を招く。
As a result, the mass of the working fluid increases in one cycle, b
In the cycle, the heat balance of the heater chamber, heat storage device, and radiator σ created from the optimal design values (temperature, flow rate, pressure, etc.) will be disrupted, leading to a decrease in output and thermal efficiency.

2)各サイクルの作動流体の最低及び最大圧カがそれぞ
れ異なるため発生仕事鎗も異なり、アンバランスとなっ
て、振動の発生をきたT8)この振動の発生により、そ
れぞれのピストンやピストンロッドも振動Tることkよ
り、これらによる作動流体のシール性はざらに低下シ、
ロッドシールやピストンリングから漏えい量も増え、機
関を停止(導く。
2) Since the minimum and maximum pressures of the working fluid in each cycle are different, the work force generated is also different, resulting in imbalance and vibration.T8) Due to this vibration, each piston and piston rod also vibrate. As a result, the sealing performance of the working fluid due to these is greatly reduced.
The amount of leakage from the rod seal and piston ring also increases, causing the engine to stop.

4)特に原動機で使用する場合、高温の作動流体がピス
トンリングから漏えいTると、主としてプラスチックで
作られたピストンリングが加熱されるため、劣化を速め
原動機の耐久性を低下させる。
4) Especially when used in a prime mover, if high-temperature working fluid leaks from the piston ring, the piston ring, which is mainly made of plastic, will be heated, which will accelerate deterioration and reduce the durability of the prime mover.

本発明は以上述べた通常のガス機関の欠点を除去した1
器構成に関することである。
The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks of conventional gas engines.
This is related to the configuration of the equipment.

第8図に本発明の機本機器m成を示T0ガイドピストン
付の比較的長いピストン48.44とその比較的長いシ
リンダ41.42 (以後、長ビスートン、長シリンダ
と言う)により、作動流体の容積可変空間45.46(
以後可愛空間と言う)は、装動型でガイドピストン付の
比較的短いピストン47と比較的短いシリンダ48(以
後、短ピストン、短シリンダと言う)により形成される
作動流体の可変空間49゜50との間に熱交換器51.
53a、蓄熱器58154、熱交換器55.56を介し
て連結されている。長ピストン48.44、短ピストン
47は、ピストンロッド57.58.59、ガイドビス
シン60.61.62を介して図示しない動力を取り出
すまたは電気モータや発電機と直結、またはギヤー、チ
ェーン等を介してピストン往復動機構(回転斜板、揺−
板、1軸または多軸のクランクシャフト等)に接続だれ
ている0長ピストン48.44の上下動とグランドシー
ル68により形成されるガス空間部68と64は本発明
の主要部で、65.66の流体口よりそれぞれパイプに
て連結されており、長ピストン48.44のほぼ180
度の位相差で上下動しても、作動流体がここで圧縮され
ることはない。またはこのガス空間部と空間部72&:
は、作動流体が適当な圧力で@5図に示す様に弁圧縮g
A等により供給されるようになっている。第8図に戻り
、グランドシール68.油除去器71で形jL!れる空
間69はガイドピストン60゜61.62より侵入Tる
油を除去Tることを目的とし、強いては高圧(20〜2
00気圧)で、封入されている作動流体のガス空間部6
8゜64と空間部72に油の入るのを防ぐ。従って、空
間69で除去された油は接続ロア0より図示しないが、
それぞrLピストン往復動―構部や油溜に戻T機榊が設
けられている。尚、78番ゴクリーンな作動流体Q)供
給口、?4はピストンリング、75はガイドシリンダで
、それぞれ図示しないが実施例ではクランクケースと一
体化梱成である。
Figure 8 shows the configuration of the machine and equipment of the present invention. A relatively long piston 48.44 with a T0 guide piston and its relatively long cylinder 41.42 (hereinafter referred to as long cylinder) allow the working fluid to be Volume variable space 45.46 (
The working fluid variable space (hereinafter referred to as "cute space") is formed by a relatively short piston 47 with a guide piston and a relatively short cylinder 48 (hereinafter referred to as "short piston" or "short cylinder"). A heat exchanger 51.
53a, a heat storage device 58154, and heat exchangers 55 and 56. The long piston 48, 44 and the short piston 47 extract power (not shown) via a piston rod 57, 58, 59 and a guide screw 60, 61, 62, or are directly connected to an electric motor or generator, or are connected to a gear, chain, etc. The piston reciprocating mechanism (rotating swash plate, rocking plate)
The gas spaces 68 and 64 formed by the vertical movement of the 0-length piston 48.44 connected to a plate (for example, a single-axis or multi-axis crankshaft, etc.) and the gland seal 68 are the main parts of the present invention.65. 66 fluid ports are connected by pipes, approximately 180 mm of the long piston 48.
Even if it moves up and down with a phase difference of degrees, the working fluid will not be compressed here. Or this gas space part and space part 72&:
When the working fluid is at a suitable pressure @ valve compression g as shown in Figure 5
It is supplied by A and others. Returning to FIG. 8, the gland seal 68. Shape jL with oil remover 71! The purpose of this space 69 is to remove oil that has entered from the guide piston 60°61.
00 atm) and a gas space 6 for the working fluid sealed therein.
8° 64 and the space 72 to prevent oil from entering. Therefore, the oil removed in the space 69 is removed from the connection lower 0, although it is not shown in the figure.
A return T mechanism is provided in the rL piston reciprocating mechanism and oil sump. In addition, No. 78 Clean working fluid Q) Supply port? Reference numeral 4 indicates a piston ring, and reference numeral 75 indicates a guide cylinder, which are not shown in the drawings, but are integrally packaged with the crankcase in the embodiment.

スターリング−関、丁なわちガスー関が白燈機関と大き
く異なる特長は、作動流体を高圧力で密封する、いわゆ
る閉サイクルであることと、且つその作動流体が油等を
完全に除去されていなければならないことである。丁な
わち前者で、もし作動流体が漏えいして圧力が低下する
とそれに伴なって出力も低下してしまうことと、後者で
は少しでも油が入ると原動機の場合では油が懲えて炭化
し、熱交換器ゆ蓄熱器の熱効率の低下から発生動力が減
少してしまい、またガス冷凍機の場合では、油が固化し
て週転不能となるからである。
The major difference between Stirling-Seki and Ding, or Gas-Seki, from white light engines is that the working fluid is sealed at high pressure, a so-called closed cycle, and the working fluid must be completely free of oil, etc. It is a must. In the former case, if the working fluid leaks and the pressure drops, the output will drop accordingly, and in the latter case, if even a small amount of oil gets into the motor, the oil will carbonize and heat up. This is because the generated power decreases due to a decrease in the thermal efficiency of the exchanger and heat storage device, and in the case of a gas refrigerator, the oil solidifies and the refrigerator becomes unable to rotate.

従って、本発明では、短及び長ピストンとそれぞれのシ
リンダで形成される高圧力の作動流体の可変空間45.
49.50.46と通常油潤滑されているガイドピスト
ン60.61.62及びそれらのピストン往復動1li
t#を含むクランクケースとの間に中圧力でクリーンな
作動流体が入るガス空間部68.64、空間部72を設
けて圧力差をつけ、さらに低圧で作動流体中の油を切っ
て、クランクケースに戻すことのできる空間69を設け
たことにより高圧で作動する容積可変空間、多数の熱交
換器や蓄熱器に油が侵入することはない。尚、比較的長
いピストン・シリンダの形状を第5図の如く、凸型また
は小ピストン部を複数段にして、2個(lv、2V)ま
たをゴI!数個の作動流体の膨張、または圧縮可変空間
を構成することができる。
Therefore, in the present invention, the high pressure working fluid variable space 45. formed by the short and long pistons and their respective cylinders.
49.50.46 and guide pistons 60.61.62 which are normally lubricated with oil and their piston reciprocating movements 1li
A gas space 68, 64 and a space 72 are provided between the crankcase and the crankcase, which contains clean working fluid at medium pressure, to create a pressure difference. By providing a space 69 that can be returned to the case, oil will not enter the variable volume space, which operates at high pressure, and the numerous heat exchangers and heat accumulators. As shown in Fig. 5, the shape of the relatively long piston/cylinder is made into a convex type or with multiple stages of small piston parts, so that two pistons (LV, 2V) or more can be used. Several working fluid expansion or compression variable spaces can be configured.

また、@8図短ピストン47においても、鶴5図に示す
如く、上部に小直径のピストン110t一連結し、吸入
弁I11.吐出弁112.オイルフィルタ118.精製
器114.弁115を付け、作動流体の圧縮機として構
成でき、作動流体の圧力が低下した場合でも、これによ
り、クランクケース内の作動流体Tt116よりクリー
ンにして高年にして戻Tことができる。長ピストンや短
ピストンで構成される可変空間からは作動流体はピスト
ン、リング、ロンド、シールより常にクランク室に少し
ずつ漏れている。
Also, in the short piston 47 shown in Figure 8, as shown in Figure 5, a small diameter piston 110t is connected to the upper part, and the suction valve I11. Discharge valve 112. Oil filter 118. Purifier 114. It can be configured as a compressor for working fluid by attaching a valve 115, so that even if the pressure of the working fluid decreases, it can be returned to a cleaner state than the working fluid Tt116 in the crankcase. Working fluid always leaks little by little from the variable space made up of the long and short pistons into the crank chamber through the pistons, rings, ronds, and seals.

従って、短ピストンに小ピストンを連結し、吸入、吐出
弁を付けて圧縮機を構成することにより、クランク室よ
りσ)作動流体をクリーン(戻すことができ、またガス
空間部68.64、可変空間49.50、空間部72σ
)圧力をバッフ了タンク117、調整弁118を通じて
適当に調整することができる。すなわち可変空間の圧力
を高くして、クランクケースから入るのを防ぐのと同じ
に原動−では発生動力を冷凍−では冷凍温度及び冷凍出
力を調整することになる。尚、短ピストンを改良し7て
圧m機機能を附加させる代わり(独立の圧縮l!iを用
いても同様の効果をを持たせ^ことが可能である。
Therefore, by connecting a small piston to a short piston and attaching suction and discharge valves to configure a compressor, it is possible to clean (return) working fluid from the crank chamber, and the gas space 68, 64 can be Space 49.50, space 72σ
) The pressure can be appropriately adjusted through the buff tank 117 and the regulating valve 118. That is, in the same way as increasing the pressure in the variable space to prevent it from entering from the crankcase, in the case of a prime mover, the generated power is adjusted to the refrigeration temperature and refrigeration output in a refrigeration system. Incidentally, instead of improving the short piston and adding the compressor function (independent compression l!i), the same effect can be achieved.

尚、この長ピストンは@6図に示!如く、薄肉のセラミ
ック、全編等によるピストンキャップ80と吸入チェッ
ク弁81.安全弁82を内包Tるピストン素子88かポ
ルト84σJ?&で構成ざ11ピストンキヤツプ80の
内部87には高温または極低温度になる可変空間45.
46によるキャップ上部89と常温との温度差による熱
損失を防ぐため熱輻射用には多数の小穴のあけらhた金
属板85とこわらを浮かし、内部σ」作IEn流体によ
る対流熱損失整除くための断熱材86とが交互に積層さ
れている。キャップ内部に作動流体と同質の流体を高圧
であらかじめ吸入チェック弁81にて封入することは可
変空間45.46が高圧になってもピストンキャップ8
0を薄肉円筒状にして、軽量化できるため、ピストン往
復動機構に係る損失を少なくできる。一般のピストンで
は、直径1001Nで外圧がかかるため、耐熱合金でも
lOa以上厚くないと変形する。また、吸入圧力が設定
された吸入チェック弁81があるため、ガス空り部ea
、64の圧力が異常(高くなった時でも、これにより、
ピストンキャップ内部86に回収できる。また、安全弁
82があるため、この圧力段? 定を可変空間の作動流体の最大圧力、または、中間圧力
でもピストンキャップ80は破lKされることなく、今
迄σ)ガス機関のピストンよりも薄肉にして軽量化でき
る。例えば1001111直径で、肉厚8flでもよい
。第4図は本発明のガス機関における作動流体の汗力変
動図(横軸はクランクシャフト角)で140〜250気
圧変動しているか、ピストンキャップ内に+il”J2
0 (1気汗になるよう封入すれば千ヤツプにかかる圧
力変動は約±50気圧で済むことになる。すなわち常温
で約100気圧で封入し、定常状態になると、ピストン
キャップ内に温度勾設ができ、膨張して圧力上昇し約2
00気圧となる。尚、88はピストンリング57(59
)、ピストンロッド90はガスシールで、ピストンキャ
ップ80に断熱材86と熱輻射シールド板を交互に積層
し吸入チェック弁81.安全弁82ケ取り付けたピスト
ン素子88をボルト84で取り付けわば、ガス機関用の
長ピストン(ピストンキャップが高温度または極低温度
になる)か独立に製造できる。
This long piston is shown in Figure @6! Like the piston cap 80 and suction check valve 81 made of thin-walled ceramic, etc. Is it the piston element 88 that includes the safety valve 82 or the port 84σJ? The inside 87 of the piston cap 80 has a variable space 45 which can be at a high temperature or an extremely low temperature.
In order to prevent heat loss due to the temperature difference between the upper part 89 of the cap and room temperature due to the heat radiation, a metal plate 85 with many small holes is placed on top of the metal plate 85 to eliminate convection heat loss due to the internal fluid. The heat insulating materials 86 are alternately laminated. By pre-filling the same fluid as the working fluid inside the cap with the suction check valve 81 at high pressure, even if the variable space 45, 46 becomes high pressure, the piston cap 8
0 can be made into a thin-walled cylindrical shape to reduce weight, so losses related to the piston reciprocating mechanism can be reduced. A typical piston has a diameter of 1001N and is subjected to external pressure, so even heat-resistant alloys will deform unless they are thicker than 1Oa. In addition, since there is a suction check valve 81 with a set suction pressure, the gas empty area ea
, 64 pressure is abnormal (even when it becomes high).
It can be collected inside the piston cap 86. Also, since there is a safety valve 82, this pressure stage? The piston cap 80 does not break even when the pressure is set at the maximum pressure of the working fluid in the variable space or at an intermediate pressure, and the piston cap 80 can be made thinner and lighter than the piston of a gas engine. For example, it may have a diameter of 1001111 mm and a wall thickness of 8 fl. Fig. 4 is a diagram of the perspiration power fluctuation of the working fluid in the gas engine of the present invention (the horizontal axis is the crankshaft angle).
0 (If the piston cap is sealed so that the amount of perspiration is 1, the pressure fluctuation applied to the piston cap will be about ±50 atm.In other words, if it is sealed at room temperature and at about 100 atm, when the steady state is reached, there will be a temperature gradient inside the piston cap.) is formed, expands and increases pressure to about 2
00 atmospheres. In addition, 88 is the piston ring 57 (59
), the piston rod 90 is a gas seal, a heat insulating material 86 and a heat radiation shield plate are alternately laminated on the piston cap 80, and an intake check valve 81. By attaching the piston element 88 with 82 safety valves attached using bolts 84, a long piston for a gas engine (the piston cap becomes hot or extremely cold) can be manufactured independently.

ガス機関に実際の取り付けた際に&コ、クランクケース
、ピストン往抜動機榴よりガイドピストン60.62’
!A−介したピストンロッド57゜59σ】ネジ部98
をピストン素子内のナツト91、ワッシャ92で締め付
は留める。94は長ピストン取り付の回転または固定さ
せるときの小穴でi)る。また、作動流体をヘリウムガ
スとTる時、原動機ではピストンキャップ内の流体をア
ルゴン、その他の気体Trg&人チェック弁81σ)代
わりに図示しないが、安全弁82を付けずに、封じ切り
弁にて密封しても良い。また、冷凍機にする場合におい
てもあらかじめ低温になると固化して真空になるような
気体を封入してもよい。
When actually installed in a gas engine, the guide piston is 60.62' from the crankcase and piston reciprocation mechanism.
! A-Threaded piston rod 57゜59σ] Threaded part 98
Tighten with a nut 91 and washer 92 inside the piston element. 94 is a small hole for rotating or fixing the long piston. In addition, when the working fluid is helium gas, in the prime mover, the fluid in the piston cap is argon, or other gas Trg & human check valve 81σ).Although not shown, the safety valve 82 is not attached and the shutoff valve is used to seal the fluid. You may do so. Further, even in the case of using a refrigerator, a gas that solidifies and becomes a vacuum when the temperature reaches a low temperature may be filled in advance.

第7図は、本発明のガス機関を4組にして、大型の原動
機&:適用した長短ピストン群の配置実施例で、複動型
のガイドピストン付短ピストンをクランクシャフトの両
端にして、ガイドピストン付の長ビストνも含めて、バ
ンク角45度にそれぞれ配置した場合である。これでは
12本のピストンが往復動するが、長ピストン8本かク
ランク角45度ずつで動力を発生すると同時に4本の短
ピストンも作動流体の隆線(マイナスの動力)をするた
め、動バランスがよく、撮動の発生かほとんどない。ま
た、クランク軸の両端に短ピストンが配置されるため高
温度に加熱されている熱交換器(第8図の55.56が
4組必要、ヒーターチウブとも言う)のまとめか容易に
できる。
Fig. 7 shows an example of the arrangement of long and short piston groups applied to four sets of gas engines according to the present invention. This is a case where the long bistus ν with a piston is also arranged at a bank angle of 45 degrees. In this case, 12 pistons reciprocate, but the 8 long pistons generate power at each crank angle of 45 degrees, and at the same time, the 4 short pistons also generate ridges of working fluid (negative power), so the dynamic balance is balanced. is often used, and there is almost no occurrence of photographing. In addition, since short pistons are arranged at both ends of the crankshaft, it is easy to assemble heat exchangers (four sets of 55 and 56 in Fig. 8 are required, also called heater tubes) that are heated to high temperatures.

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

第1図はダブルアクティング方式のガス機関の原理図、
第2図はダブルアクティング方式の圧力変動説明図、第
8図は基本機器構成を示す図、第4図は本発明にか\る
圧力変動説明図、第5図はピストン原理図、第6図はピ
ストン構造図、そし、て第7図は4組のガス機関を大型
原動機に適用した長短ピストン群の配置l[説明図であ
る。 41.42.48・・・シリンダ、48@44・・・比
較的長いピストン、47・・・比較的短いピストン、6
0.61.62・・・ガイドピストン、68.64・・
・可変ガス空間部、69・・・ガス空間。 特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者中井令夫 石  崎  嘉   宏
Figure 1 is a diagram of the principle of a double-acting gas engine.
Fig. 2 is an explanatory diagram of pressure fluctuations in the double acting system, Fig. 8 is a diagram showing the basic equipment configuration, Fig. 4 is an explanatory diagram of pressure fluctuations according to the present invention, Fig. 5 is a diagram of the piston principle, and Fig. 6 is a diagram illustrating pressure fluctuations according to the present invention. The figure is a piston structure diagram, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the arrangement of long and short piston groups when four sets of gas engines are applied to a large-scale prime mover. 41.42.48...Cylinder, 48@44...Relatively long piston, 47...Relatively short piston, 6
0.61.62...Guide piston, 68.64...
- Variable gas space section, 69... gas space. Patent applicant Aisin Seiki Co., Ltd. Representative Reio Nakai Yoshihiro Ishizaki

Claims (1)

【特許請求の範囲】 l)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本とガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそtしぞnの
シリンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つ
の熱サイクルを構成する1組、または多数組から成るガ
ス機関において、前記それぞれのピストンとピストン往
復動1構とをガイドピストンを介して連結し、油を除去
するためのガス空間を設け、さらに比較的長いピストン
とロッドシール間に可変ガス空間部を設け、この可変ガ
ス空間部に作動流体と同じ流体を導くように構成したこ
とを特長とするスターリングサイクル機関。 2)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本とガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそれぞれのシ
リンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つσ
)熱サイクルを構成する1組、または多数組から成るガ
ス機関において、前記比較的長いピストンのロッドシー
ルと相対する部分に作動流体の一部がピストン内部に吸
入、またはピストン内部より吐出するまたは吸入、吐出
する機構部を取り付けたことを特長とするスターリング
サイクル機関。 8)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本とガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそれぞれのシ
リンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つの
熱サイクルを構成する1組、または多数組から成るガス
機関において、前記比較的長いピストンとロッドシール
間で構成される可変ガス空間に膨張部や圧縮部で圧力変
動Tる作動流体のほぼその中間圧力、またはそれ以下の
圧力で作動流体を導いて機関が運転されるようにしたこ
とを特長とするスターリングサイクル機関。 4)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本トガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそれぞれのシ
リンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つの
熱サイクルを構成する1組、または多数組から成るガス
機関において、前記比較的長いピストンを薄くて多数の
穴あき金属、またはセラミック板と断熱材が詰められた
ピストンキャップとシールリング、及び流体の封入弁と
ピストンロンドを接続する慟構部を内蔵するピストン素
子部とを多数のボルトで接続して構成し、且つ用いるよ
うにしたことを特長とするスターリングサイクル機関。 5)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本とガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそれぞれのシ
リンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つの
熱サイクルを構成する1組、または多数組から成るガス
機関において、前記比較的短いピストンシリンダの一部
を圧縮機に再構成し、ここでの作動流体をクランクケー
ス内から吸入し、油分離精鯛し、高圧にして可変容積空
間、可変ガス空間、ガス空間部等に供給できるようにし
たことを特長とするスターリングサイクル機関0 6)ガイドピストン付の比較的長いピストン2本とガイ
ドピストン付の比較的短いピストン1本のそれぞれのシ
リンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換器等により2つの
熱サイクルを構成、する1組、または多数組から成るガ
ス機関において、前記ガイドピストン付の比較的長いピ
ストン2本とガイドピストン付の比較的短いピストン1
本のそれぞれのシリンダ、並びに多数の蓄熱器、熱交換
器等により2つの熱サイクルを構成Tるガス機関を1組
組み合わせそれぞれの短ピストンをクランクシャフトの
両端に配しガイドピストン付の長ピストンも含めてバン
ク角をほぼ45度に構成したことを特長とするスターリ
ングサイクル機関。
[Scope of Claims] l) Two relatively long pistons with guide pistons and one relatively short piston with guide pistons, and a number of heat accumulators, heat exchangers, etc. In a gas engine consisting of one set or multiple sets constituting one heat cycle, the respective pistons and the piston reciprocating mechanism are connected via a guide piston, and a gas space for removing oil is provided, and A Stirling cycle engine is characterized in that a variable gas space is provided between a relatively long piston and a rod seal, and the same fluid as the working fluid is introduced into the variable gas space. 2) Two relatively long pistons with guide pistons, one relatively short piston with guide pistons, and a large number of heat accumulators, heat exchangers, etc.
) In a gas engine consisting of one set or multiple sets constituting a thermal cycle, a part of the working fluid is sucked into the piston, discharged from the piston, or sucked into the portion of the relatively long piston that faces the rod seal. , a Stirling cycle engine featuring a mechanism for discharging air. 8) A set of two relatively long pistons with guide pistons and one relatively short piston with guide pistons each, and a number of heat storage devices, heat exchangers, etc., constituting two heat cycles, or In a gas engine consisting of a large number of sets, the variable gas space formed between the relatively long piston and the rod seal is operated at approximately the intermediate pressure or lower pressure of the working fluid whose pressure fluctuates in the expansion section and the compression section. A Stirling cycle engine is characterized by the fact that the engine is operated by guiding fluid. 4) A set of two relatively long pistons with guide pistons, one relatively short piston with guide pistons, each cylinder, and a number of heat accumulators, heat exchangers, etc., forming two heat cycles, or In a gas engine consisting of multiple sets, the relatively long piston is connected to a piston cap and seal ring filled with a thin, multi-perforated metal or ceramic plate and a heat insulating material, and a valve connecting the fluid sealing valve and the piston rod. A Stirling cycle engine characterized in that it is constructed and used by connecting a piston element part containing a structure part with a large number of bolts. 5) A set of two relatively long pistons with guide pistons and one relatively short piston with guide pistons each, and a number of heat storage units, heat exchangers, etc., forming two heat cycles, or In a gas engine consisting of multiple sets, a part of the relatively short piston cylinder is reconfigured into a compressor, and the working fluid here is sucked in from within the crankcase, oil separated, and pressurized to a variable volume space. 6) Two relatively long pistons with guide pistons and one relatively short piston with guide pistons. Comparison of two comparatively long pistons with guide pistons and one with guide pistons in a gas engine consisting of one set or multiple sets of cylinders and a number of heat storage devices, heat exchangers, etc., forming two heat cycles. short piston 1
Two heat cycles are constructed by each cylinder of the book, as well as a large number of heat storage units, heat exchangers, etc.A set of T gas engines is combined, each short piston is placed at both ends of the crankshaft, and a long piston with a guide piston is also installed. A Stirling cycle engine characterized by a bank angle of approximately 45 degrees.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007077985A (en) * 2005-09-15 2007-03-29 Global Cooling Bv Multiple-cylinder, free-piston, alpha configured stirling engine
JP2015052426A (en) * 2013-09-06 2015-03-19 株式会社東芝 Freezing machine

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