JPS5896148A - ガス機関のピストン - Google Patents

ガス機関のピストン

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JPS5896148A
JPS5896148A JP19500581A JP19500581A JPS5896148A JP S5896148 A JPS5896148 A JP S5896148A JP 19500581 A JP19500581 A JP 19500581A JP 19500581 A JP19500581 A JP 19500581A JP S5896148 A JPS5896148 A JP S5896148A
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heat
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JP19500581A
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Yoshihiro Ishizaki
嘉宏 石崎
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Aisin Seiki Co Ltd
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    • 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
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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、閉サイクルのガス機関Q)ピストン#を造に
関するもので、断熱化と軽輩化を単純な4!l!倉で行
なうことにより、機械佃失及び熱損失を少なくして機関
効率を同上させた。
第1図はスターリングサイクルによるダブルアクティン
グの原動機(h−器榊敗で、1〜傷はシリンダ、5〜8
はピストン、9〜12はピストン素子ドで図示しないピ
ストン往m!に+J+Nk(クランクシャフト、揺11
1J&、回転料板等)にはは90度Q)位相差で、そT
Lぞれ往復動するよう序結されている。作動流体(通常
はガスでフレオン、本案、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rlの熱サイクルシ
ン形成T心膨張部18〜16と圧縮部17〜20との間
にヒーターチウブ21〜24、W熱器25〜28、放熱
器29〜82を介してつながっている内部に#1iIO
気圧から200気圧で封入さnている。但し、88〜8
6は、ピストンリング、87〜40は作動流体をロンド
でシール丁6 クランド・バッキングであり、高1+1
l(IU〜200気圧)−の作動流体がピストン往復動
機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か600〜800”Cに加熱さ
れると作動流体が膨張部b l 23〜16でそれぞれ
のピストン5〜8に押工仕事をするど同時にし、圧縮空
間17〜20では作動流体を押す仕事kT6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−構より得られる。但し、放熱器29〜δ2は
作動流体が圧縮時においては50°〜l 20”Cとな
るためその熱會大気に放熱する。こOI原勧機は、第2
図に示すように理想的にはΦつのサイクルの作動流体が
90度の位相差で、高圧で正弦的にそnぞれ変動(14
0〜250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14なるそれぞれのサイクルσ」圧縮空間
と同一ピストンの両端でピストンリングを介して形成し
ている。第2図に各サイクルの作動流体σノ圧力変初と
クランク角の関係を示す。
通常これらのピストンははぼ常温の圧縮部17〜20と
高温度の膨張部18〜16が同一ピストンの両端に形成
され、しかも第2図が示す如く、大きな圧力変動を伴な
うため比較的肉厚の耐熱材料で作られている。
従って、重量が重いため機械損失か大きく、また膨張空
間より肉厚の金属Tt伝って常温の圧縮空間に逃げる熱
損失も非常に大きい。この結果、原動−効率の低下の因
子となっていた。
第8図に本発明のピストン構造を示す。
40は薄肉のセラミックや耐熱合金で作られ、ボルト留
め用のメネジ部41をもつ7ラング部42と一体化構造
で作らn1ピストン素子48(ゴ午ヤツブ内に作動流体
を封入する弁45.止メネジ51.シール材51.ボル
ト穴46.シールリング溝47.ピストンリング溝、ガ
イドスリーブil1等48.ピストンをピストンロッド
に内定するための小穴49を持つ。
ピストンキャップ内50には、多数の小穴のあけられた
金属材54(例えはステンレスで0.8fflsE’、
小穴0.8fl、80%空隙率)ト断熱材55(例えば
、シリカウール、ボロン、カーボンファイバー)等とが
高温度になるピストンヘッド58より常温度のピストン
素子48へσノ熱幅射やピストン内の作動流体による対
流を防(゛ために詰められている。尚、冷凍機に用いる
場合のピストンキャップ材料はキャップ上部が低湿度(
例えは−260’C)になるため実施例では傾会材料、
プラスチック、FRB等カ用イられている。こnにより
金属に較べ熱損失が大幅に低下し、効率の同上となる。
第4図にピストン素子に吸入弁lと吐出弁2を設けたピ
ストン構造を示す188図において午ヤツブ内部に作動
流体と同質の流体を高圧であらかじめ吸入、チェック弁
45にて封入し、止メネジ51により、密閉することは
可変空間18〜20が高圧になっても、ピストンキャッ
プ40を薄肉円筒状にして軽輩化できるため、ピストン
往復動機構に係る損失を少なくできる。
第2図は本発明のガスー関における作動流体の圧力変動
図(横軸はクランクシャフト角)で140〜250気圧
変動しているが、ピストンキャップ内に約200気汗に
なるように封入工nばキャップにかかる圧力変動は約2
90気圧で済むことになる。T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
温度勾配かでき、膨張して圧力上昇し、約290気圧と
なる。
第2図における構造においては吸入圧力、吐出圧力の設
定により圧力制御方式による運転に弔いるピストンにお
いて薄肉構造か可能となる例えば、第2図における圧力
変動が最大出力時のものであるとし、了イドリング時に
は20気+と84気圧の曲で、圧力変動か起こるものと
すると(圧縮比1.79とする)第8図の構成によるピ
ストンでは了イドリング時に最大の180気圧の内圧を
受けることになる。しかし第4図の構成によるピストン
f)吸入田方、吐出圧力の設定ケ最大出力時の圧力変動
幅の1/2 (111図の場合は55気圧)とすると、
最大出力時にはピストン内部圧力は195気圧となり、
ピストンキャップにかかる圧力は±55気圧である出力
減少時(この場合圧力制御方式であるので圧力減少時)
の過程では例えは、140気圧−250気圧が100気
圧−178気圧となる時には吐出弁2よりピストン内部
の作物カスが排出され、ピストン内部圧力は155気圧
まで下る。
従って、この時、ピストンに作用する圧力は、外圧は最
大28気圧、内圧は最大56気圧となる。つまり全負荷
範囲においてピストンは、55気圧の耐圧4111造で
よくなり、従来に較べ薄肉で軽量化が可能となる。
さらにこの構成のピストンにおいてはあらかじめ作動ガ
スをピストン内部に封入する必要はなく、運転中の作動
ガス圧力温度に従って自動的にピストン内圧力調整作用
が行なわれる。尚、作動流体がヘリウムの原物機の場合
、ピストン内の封入ガスは分子量か大きい。丁なわち、
ヘリウムより熱伝導度が少なく、漏れにくいアルゴン、
1ij2#ガス、その他の気体や混合気体を用い、第8
図のごとく完全弁を付けず密封してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はダブルアクティング方式のガス機関の原理■、
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図はピストン構造図、そして第4図は本発明にかかる
ピストン構造図である。 4B・・・ピストン素子1.45・・・弁。 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 5.1/ 113  ν @4駒 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和56年特 許 願@195005号2、発明の名称 ガスIIII!lIのピストン 8、補正をする者 事件との関係特許出願人 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 4、補正の対象 (1)  特許請求の範囲の― 伐) 発明の詳細な説明の― 補正の内容 特許請求の範囲 別紙の通り (2)発明の詳細な説明の掴 明細書端4頁勧i行Hに「正弦的に」とあるのを、「正
弦波的k」と訂正する〇 特許請求の範囲 ■)多数の蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、圧縮器等か
らIIIItiJざnるカスflA関において、常に高
温度または低温度になる圧縮または膨張ピストンの内部
に作動流体ご同じまたをコ興種の流体をピストン集子(
内蔵する弁によって封じ込めるような構造にしたことを
特長とするガス機関のビスシン。 2)Fin記ピストン素子に吸入弁、吐出弁を設けたこ
とを特長とするガス@閏のピストン。 8)多数の蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、圧縮器等か
ら*a?わ、るガス機関&:おいて、多数の穴あき金属
板と断熱材が詰めら1また断熱構造のピストン午ヤツブ
ζ作動流体封入弁及のホルトで連結して組み立てらrL
るような構造にしたことを特長とするガス機関のピスト
ン0 4)多数の蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、圧縮器等か
ら構成されるガス1181において、ピストンキャップ
の開口部に、ピストンキャップと一体化構造でピストン
内部に導通しない多数のボルトメネジ部を持つ7ランジ
を内向に取り付けたことを特長とするガス機関のピスト
ン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)多数の蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、任紬器等か
    ら構成さn小ガス機関において、常に高温piまたは低
    温度になる圧縮または膨張ピストンの内部に作動流体と
    同じまたは異種の流体ピストン素子に内蔵する弁によっ
    て封じ込めるような1dI4造にしたことを特長とする
    ガス機関いピストン。 2)−1記ピストン素子に吸入弁、吐出弁を設けたこと
    を符長とするガス機関のピストン。 8)多数σノ蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、圧縮器等
    から構成されるガス機関において、多数の穴あき金属板
    と断熱材が詰められた断熱構造のピストンキャップと作
    動流体封入弁及びピストンロッド接続用hwt番内蔵す
    るピストン素子とを流体のシールリングを介し、多数の
    ボルトで連結して組み立てられるような構造にしたこと
    を特長とするガス機関のピストン。 4)多数の蓄熱器、熱交換器、及び膨張器、圧縮器等か
    ら構成されるガス機関において、ピストンキャップの開
    口部に、ピストンキャップと一体化構造でピストン内部
    に導通しない多数のボルトメネジffl5ヲ持つ7ラン
    ジを円囲に取り付けたことヶ特長とするガスピストン
JP19500581A 1981-12-02 1981-12-02 ガス機関のピストン Granted JPS5896148A (ja)

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