JPS59136548A - 熱ガス機関 - Google Patents

熱ガス機関

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Publication number
JPS59136548A
JPS59136548A JP1083983A JP1083983A JPS59136548A JP S59136548 A JPS59136548 A JP S59136548A JP 1083983 A JP1083983 A JP 1083983A JP 1083983 A JP1083983 A JP 1083983A JP S59136548 A JPS59136548 A JP S59136548A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
cooler
regenerator
expansion cylinder
partition plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1083983A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Hashimoto
見次 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanden Corp filed Critical Sanden Corp
Priority to JP1083983A priority Critical patent/JPS59136548A/ja
Publication of JPS59136548A publication Critical patent/JPS59136548A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/04Crank-connecting-rod drives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Instructional 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】 本発明は教材用に適す熱ガス機関の構造に関するもので
あシ、その目的とするところは熱ガス機関の主な構成要
素である加熱器、冷却器、再生器およびシリンダーをコ
ンパクトに配置するとともに、該加熱器の板材間に仕切
板を配置し伝熱効果を高め、しかも低コストで製作でき
るようにすることにある。
既に知られているスターリングエンジン等の熱ガス機関
は、密閉空間内に封入した空気、水素、ヘリウム等の作
動ガスを加熱、冷却することにより、作動ガスの膨張と
圧縮を繰シ返して動力を発生するようにした外燃機関で
あシ、熱効率が高くしかも騒音が低い等の理由で近年そ
の研究が盛んに行なわれつつあシ、その研究段階におい
て取扱いおよび操作が容易でかつ小容量の加熱源でも効
率よく作動し得る小出力の教材用熱ガス機関が望寸れて
いる。
ところで従来、効率を高めるため加熱器の内部に多数の
溝を設は伝熱面積を増やしている熱ガス機関も知られて
いるが、作動ガスを案内する手段がないため作動ガスが
加熱器の伝熱面を均等に通らず、結果としてそれほど効
率を高めることはできなかった。
そこで本発明は作動ガス通路の特に加熱器側を作動ガス
が有効に往復動するように構成し、このことで小出力な
がら効率のよい熱ガス機関を得ようとするものである。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明するが、第1図
は本発明の一実施例の正面図、第2図は平面図、第6図
は右側面図、第4図は第1図のA−A線断面図、第5図
は第1図のB−B線断面図、第6図は第4図のC−C線
断面図、第7図は第6図をD方向から見た図である。
主に第6図、第4図を参照して、102は2枚の板材1
,2を仕切板8を介して重合形成した加熱器であシ、5
06は冷却器であシ、これは冷却筒6の底板と板材5を
Q IJングろ4を介して重ね合わせて形成したもので
ある。
ところで加熱壁102bを有する板材1はプレス絞シに
よシ中央部にりDl  なる凹部49を設け、周囲に内
径ED2 なるクランク部5・2を設ける。
仕切板8は第6図に示すようにわずかな隙間間隔aを有
してぜんまい状に巻装され、内径はφD1、外径は φ
D2に仕上げてあシ、前記板材1内に位置される。そし
て仕切板8はその上端に外径gD2の板材2を載せ、炉
中ロー付は等により2枚の板材1,2と共に一体的に重
合形成する。
また加熱器102の上側の円形板材2は後述の高温膨張
シリンダー6の加熱空間および再生器4の空間に通ずる
2つの円形孔5Cl、51を有し、かつ仕切板8に接す
る面には該円形孔50.51のそれぞれから外周方向に
向け、該仕切板8の巻き終わシ位置まで凹溝36.ろ6
を刻設している。
なお凹溝36,36’の溝深さは第7図に示すようにb
に設定されている。
他方冷却器506の作動ガス伝熱側壁506aには環状
の溝38が切シ込まれ、冷却器506の下側の板5には
溝ろ8に通ずる円形孔5ろが穿設されている。
さて加熱器102と冷却器506は間隔を介して互いに
対向し、両者間に高温膨張シリンダー6と再生器4とが
並列に配置される。ところで高温膨張シリンダー6の加
熱器102と冷却器506に接する部分はシール部材9
,40でシールされておシ、同様に再生器4の端面もシ
ール部材10゜41でシールされている。このため高温
膨張シリンダー6と再生器4がら空気(以下構成説明に
おいて作動ガスと呼ぶ。)が洩れることはない。また再
生器4はその両開口が加熱器102の円形孔51、仕切
板8および冷却器506の円形孔56と溝68を通じて
高温膨張シリンダー6および低温圧縮シ゛リンダ−7の
内部に連通され、内部に図示しないが、細かいメツシー
の金網が多数枚充填されている。
さて前記した冷却器506の冷却筒6は冷却水槽44を
形成していてその底面には高温膨張シリンダー6と同一
軸上にシール部材4ろを介して低温圧縮シリンダー7を
配置しである。
さて次に動力伝達機構において、低温圧縮シリンダー7
の上面にはアームサポート11とクランクサポート12
が設けられている。またアームサポート11にはディス
プレーサ−ピストンアーム20とパワーピストンアーム
2ろの一端がそれぞれ連結ピン22.31で支持され、
クランクサポ−412,12にはクランク14のクラン
ク軸42.42が回転自在に固定され、さらに該クラン
ク軸42.42にはフライホイール15.15が固定さ
れている。
さて高温膨張シリンダー6と低温圧縮シリンダー7内に
はディスプレーサ−ピストン15とノくワーピストン1
6が配置され、両ピストン15.16は両シリンダー5
.7内をある位相差(例えば90° )をもってずシ合
わせの往復運動をし得るようになっている。またディス
プレーサ−ピストン15の上部に一体形成されたディス
プレーサ−ガイド17は内部が中空になっておシ、ノ々
ワーピストン16のピストンボディ62内ですシ合わせ
の往復運動をする。なおディスプレーサ−ガイド17の
動きば後述の連結板18の動きと同一である。
第5図をも参照するとそれぞれのピストン15゜16は
連結板18.19の一端に固定され、またそれぞれの連
結板18.19の他端は連結ピン21.27を介しディ
スプレーサ−ピストンアーム20およびパワーピストン
アーム26に連結されている。このためディスプレーサ
−ピストン15とパワーピストン16の往復運動により
両ピストンアーム20.23は揺動運動する。
一方デイスプレーサーピストンアーム20およびパワー
ピストンアーム2ろの他端は連結ピン26.30を介し
て連接棒24.25に連結されまた該連接棒24.25
の他端はそれぞれベアリング29.29を介してクラン
ク14のクランクピン28に連結されている。このため
クランクピン28を固定したクランク車45 、46 
、47 。
48は回転運動をし同様にクランク車45 、48に固
定したクランク軸42.42を介してフライホイール1
5.15が回転運動する。
以上のような構成からなる実施例の作用について以下に
説明する。
まず冷却器506の冷却水槽44に冷却水を入れ、適当
な燃焼装置、たとえばガスバーするろで加熱器102の
底面を加熱すると高温膨張シリンダー6、加熱器1()
2、再生器4、冷却器506、低温圧縮シリンダー7の
内部空間に密封された作動ガスは加熱器102側で加熱
され、冷却器506側で冷却される。このときフライホ
イール13゜16を手動回転させるとクランク14のク
ランクピン2Bに連結されている連接棒24.25が作
動し、これにより各連結ピン26.30によって連結さ
れているディスプレーサービストンアー220、パワー
ピストンアーム26が揺動する。この結果、前記各アー
ム20.23に連結ピン21゜27で連結している連結
板18.19は上下動し起動力が与えられ、最終的には
ディスプレーサ−ピストン15とパワーピストン16は
温度と圧力の周期的な変化に同期してすシ合わせの往復
運動を継続する。というのは起動後はディスプレーサ−
ピストンアーム20とパワーピストンアーム2ろとはあ
る位相差(例えば900=)をもって揺動することで、
連結板18.19に連結されているディスプレーサ−ピ
ストン15とパワーピストン16がそれぞれ高温膨張シ
リンダー6および低温圧縮シリンダー7内を前記の位相
差で往復運動するため、内部空間に密封された作動ガス
が加熱器側と冷却器側を移動するからである。
換言すれば起動後は密封された作動ガスが加熱空間65
、加熱器102の仕切板8、再生器4の空間67、冷却
器506の溝68および冷却空間ろ9からなる作動ガス
通路を往復動し、周期的にその温度と圧力が変化し、パ
ワーピストン16の往復運動が継続される。
なお上記したパワーピストン16の動作原理は通常のス
ターリング機関の動作原理と全く同様である。
勿論パワーピストン16およびディスプレーサ−ピスト
ン15の往復運動の継続により連結板19.18を介し
てアーム23.20が揺動し、連接棒25.24を通じ
てクランク車45−.46゜47、.48およびフライ
ホイール13.i6は回転を継続するわ さて、ここでこの機関の理論熱効率ηば、加熱器の温度
をTH1冷却器の温度をTcとすると、TC η=1−□ TH,(TH,TC:絶対温度) で表わされる。
従゛って効率ηを高めるためには、 ■ 冷却器の温度Tcが一定の場合には加熱器の温度T
Hをできるだけ高め、両者の温度差を大きくしたり、 ■ 温度TH,Tcが一定の温度であれば、機関内部の
作動ガスと加熱器102の作動ガス伝熱側壁102’、
aの温度差△THを極めて小さくすることが必要であり
、たとえば教材用の熱ガス機関の場合のように加熱熱源
が小容量のような場合には、加熱器の作動ガスに対する
伝熱面積をできるだけ大きくとり、しかも加熱効率の良
好な構造とすることが重要な要素になってくる。
そこで実施例では間隔aを介して巻かれたぜん寸い状の
仕切板8を加熱器102の上下の板材1゜2の間に挾み
、炉中ロー付は等によシ一体重に重合形成し、伝熱面積
を増加させる一方、仕切板8の間隔aによ勺作動ガスを
案内し、伝熱時間を長くさせている。
また通常高温膨張シリンダー6と再生器4はその内径が
異なるため円形孔50.51に臨むところの仕切板8の
間隔aで形成されるいくつかの空間の中には互いに連絡
しないものが出てくるが、実施例では板材2の円形孔5
0.51のそれぞれから外周方向に向け、仕切板80巻
き終わり位置寸で凹溝ろ6 、36’を刻設しているた
め、再生器空間ろ7から加熱器102の円形孔51に入
った作動ガスは一部はその−f寸仕切板8の間隔aで形
成される空間を通って高温膨張シリンダー側の円形孔5
0に入シ、残る一部は凹溝66′と前記間隔31で形成
される空間を通って高温膨張シリンダー側の円形孔50
に入シ、最終的には加熱空間65に導入される。勿論作
動ガスの中には高温膨張シリンダー側の凹溝ろ6を通じ
て円形孔50に入るものもある。
このことから、再生器空間67から加熱器102の円形
孔51に入った作動ガスはまんべんなく仕切板8の間隔
aで形成された空間に入シ、該空間を通過する間に効率
よくガスバーナろろの熱を吸収することになる。
以上、実施例によシ説明してきたが本発明の主たる効果
は次のとおシである。
■ 加熱器102は上下の板材1,2と仕切板8を炉中
ロー付は等により容易に重合形成され、コストも安い。
■ 仕切板8は1枚の板材をぜんまい状に成形するだけ
で作動ガスの通路となりつる。
■ 仕切板8の隙間間隔aを小さくし、巻き数を多くす
るだけで、作動ガス通路における伝熱面積を多くとれ、
加熱効率を向上できる。
■ 加熱器102の仕切板8に接する面には高温膨張シ
リンダー6および再生器4に通ずる円形孔50.51か
ら外周方向に向け、仕切板の巻き終り位置まで凹溝ろ6
,66′を刻設しているため、仕切板8の間隔aで形成
される空間は全て有効作動ガス通路となりつる。しかも
外周の空間を通過する作動ガスはど伝熱時間が長くなり
、有効な作動ガスとして加熱空間ろ5に導入される。
したがって本発明によれば小容量の加熱源でも効率よく
作動し得る小出力の熱ガス機関が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の正面図、第2図は同様の平
面図、第6図は同様の右側面図、第4図は第1図のA−
A線断面図、第5図は第1図のB−B線断面図、第6図
は第4図のC−C線断面図、第7図は第6図をD方向か
ら見た図である。 1 ・板材  2・・板材 6・・・高温膨張シリンダ−4再生器 5・・・板材  6・・冷却箱 7・・低温圧縮シリン
ダー8・・・仕切板  9・・シール部材 10・・・シールfti材  11・・・アニムサポー
ト12・・・クランクサポート  1ろ・・・フライホ
イール14・・・クランク  15・・ディスプレーサ
−ピストン16・・・パワーピストン 17・・・ディスプレーサ−ガイド  18・・・連結
板19・・・連結板  20・・ディスプレーサ−ピス
トンアーム21・・連結ピン  22・・・連結ピン2
6・・・パワーピストンアーム  24・連接棒25・
連接棒  26・・・連結ピン 27・・・連結ピン  28・クランクピン29・・・
ベアリング  60・連結ピンろ1・・連結ピン  ろ
2・・ピストンボディ66・・・ガスバーす  34・
・Ol)ング35・加熱空間  36.36’・・凹溝
67・・・再生器の空間  ろ8・・・冷却器の溝69
・・・冷却空間  40・・・シール部材41・・・/
一層部材  42・・・クランク軸46・シール部材 
 44 ・冷却水槽45・・・クランク車  46・・
・クランク車47・・・クランク車  48・・クラン
ク車49・・凹部  50・・円形孔  51・・・円
形孔52・・・フランジ部  5ろ・・・円形孔102
・・・加熱器  102a・・作動ガス伝熱側壁102
b・・・加熱壁  506・・冷却器506a・作動ガ
ス伝熱側壁 506b・・・冷却壁 第1図 トA 第2図 第3図 4( 第4図 第6図 ?ど 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 加熱器と冷却器を間隔を介して互いに対向させるととも
    に、該加熱器と冷却器の間に高温膨張シリンダーと再生
    器を並列に配置する一方、該冷却器上部に該高温膨張シ
    リンダーと同軸上に低温圧縮シリンダーを配置し、前記
    再生器の両開口を前記加熱器および冷却器を介してそれ
    ぞれ前記高温膨張シリンダーおよび低温圧縮シリンダー
    の内部に連通し1作動ガス通路となした熱ガス機関にお
    いて、該加熱器はわずかな隙間間隔を有するぜん壕い伏
    の仕切板と上下2枚の板材からなり、該仕切板と2枚の
    板材は該仕切板を挾んだ状態で炉中ロー付は等により一
    体的に重合形成し、さらに該加熱器の上側の板材は前記
    高温膨張シリンダーの加熱空間および再生器の空間に通
    ずる2つの円形孔を有し、かつ仕切板に接する面には該
    円形孔のそれぞれから外周方向に向け、該仕切板の巻き
    終わり位置まで凹溝を刻設し、前記作動ガス通路の一部
    としたことを特徴とする熱ガス機関。
JP1083983A 1983-01-26 1983-01-26 熱ガス機関 Pending JPS59136548A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11346302B2 (en) * 2019-05-21 2022-05-31 General Electric Company Monolithic heat-exchanger bodies

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11346302B2 (en) * 2019-05-21 2022-05-31 General Electric Company Monolithic heat-exchanger bodies
US20220290630A1 (en) * 2019-05-21 2022-09-15 General Electric Company Monolithic heat-exchanger bodies
US11885279B2 (en) 2019-05-21 2024-01-30 Hyliion Holdings Corp. Monolithic heat-exchanger bodies

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