JPS5965545A - スタ−リング機関 - Google Patents

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】 （イ）発明の分野 本発明はロータリ式のスターリング機関に関するもので
ある。

（ロ）従来技術とその問題点 スターリング機関にはレシプロ方式とロータリ方式とが
あり、往復運転するパワーピストンとディスプレー〜す
−とを備えた前者方式は作動流体が内部な往復流する構
造である為圧力損失と振動及びトル・り変Ｑ＋が大きい
欠点を有し℃おり、又、後者方式は圧縮槽と膨張機とを
別体に形成していたので機関が大型となる欠点を有して
いた。しかもこの両方式による従来機関の致命的欠点は
何れも再生式熱交換器が圧縮室（圧縮機）と膨張室（膨
張機）との間に連通介在している為、この再生式熱交換
器の容量が恕影響して圧縮容ノｉ、に対する膨張容鍛の
容積比が約２程度しかとれず高出力が得もれないことに
ありだ。

（ハ）発明の目的 本発明はコンパクトでしかも効率の茜いロータリ式のス
ターリング機関を提供することにある。

に）発明の要点 本発り翳よ、真円形のシリンダ内壁と該内壁に沿って互
いに離合しながら回転する一対のロータとよ゛） に内容積が徐々に増大する膨張状態から内容積が△ 略一定の冷却状態、内容積が徐々に減少する圧縮状態を
経て内容積が略一定の加熱状態へと順次繰り返し変化す
る一対の室を区画形成し、前記膨張−状態を略等温に維
持する加熱器と前記圧縮状態を略等温に維持する冷却器
とを設けると共に前記冷却状態の室と加熱状態の室とを
熱伝達装置で連結して構成したものである。

斯かる構成により即−シリンダ内で作動気体を等温膨張
−等容冷却一等温圧縮一等容加熱できる為、（幾関をコ
ンパクトにまとめあげることができ、しかも熱伝達装置
圧よりシリンダ内の作動流体をｔ１ 熱再生する為焦容積１、を大きくどれ高出力を得ること
ができる。

（ホ）発明の実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図乃至
第３図に於いて、（１）は真円形のシリンダ、（２Ｘ）
（２Ｙ）は該シリンダの内壁に沿って後述するリンク様
構圧より互いに離合しながら回転する一対のロータで、
リンク機構はロータの内外回転軸の軸心Ｔａ）を中心と
して半径１寸法でもって回転する誘導桿（３Ｘ）（３Ｙ
）と、ロータ（２Ｘ）　（２Ｙ）の軸心（ａ）と４寸法
側位して枢支固定された出力軸の軸心（ｂ）を中心とし
て半径８寸法でもって回転する作動桿（４Ｘ）（４Ｙ）
と、該作動桿の先端（ｃ）（ｃ）と誘導桿（３Ｘ）　（
３Ｙ）の先端（ｄ）　（ｄ）とを枢支結合した連結稈（
５Ｘ）　（５Ｙ）とにより構成されＣいる。尚、第３図
に於いて、（６）は先端（Ｃ）、、（Ｃ）の回転軌跡、
（７）は先端（ｃｌ）　（（＋）の回転軌跡、（８）は
シリンダ（１）の外形線である。

斯かるリンク機構によりロータ（２Ｘ）　（２Ｙ）は第
１図に示す如くその一端面（９Ｘ）（９Ｙ）同志が最も
接近ｌ−且つ他端面（ＩＯＸ）（ＩＯＹ）同志が最も離
れた状態から実線矢印の如く回転して第２図に示す如く
一端面（９Ｘ）　（９Ｙ）同志と他端面（ＩＯＸ）（Ｉ
ＯＹ）同志の距離が等しい状態へと変わった後、第１図
に示す状態とは逆に一端面（９Ｘ）（９Ｙ）同志が最も
離れ且つ他端面（ＩＯＸ）（ＩＯＹ）同志が最も接近し
た状態へと移行し、然る後、第２図の状態（但し端面（
９Ｘ）　（９Ｙ入（ｌ０Ｘ）　（ｌ０Ｙ）　　位置は逆
状態）を経て第１図の状態に戻る。これの繰り返しによ
って第４図に示すようにシリンダ（１）内壁と一対のロ
ータ（２Ｘ）　（’２Ｙ）とにより内容積が徐々に増大
する膨張状態（■−■領域）から内容積が略一定の冷却
状態（■−〇領域）、内容積が徐々に減少する圧縮状１
１（（０−■領域）を経て内容積が略一定の加熱状１＋
’Ｌｉ　（■−（ハ領域）へと順次変化する。尚、第４
図に於けるデッド容積（■。）は第１図の状態の如く酸
も接近したロータ（２Ｘ）（２Ｙ）間の容積に相当して
いイ）。

（＋　１１は膨張状態を略等温に維持する為に■−■領
域のシリンダ（１）外部に熱接触状態に配設されたバー
ナー等の加熱器、（１２１は圧縮状態を略等温に維持−
１−る為に＠−■領域、（リング（１）外部に熱接触状
態に配設された冷却水管理設の冷却器である。

（１３）は冷却状態（■−■領域）の室のシリンダ（１
）外部に加熱端（１４）を、□加熱状態（■−■領域）
の室のシリンダ（１）外部に放熱端（１■を夫々熱接触
状態に配設した多数本（８本）のヒートパイプもしくは
顕熱交換器からなる熱伝達装置で、これらヒートパイプ
を個々に独立して設けると共に温度勾配を有する■−■
領域のシリンダ（１）のうち最も温度の茜い始端部（１
４−１）との−〇領域のシリンダ（１）の終端部（１５
−１）とを一方のビー１パイプ（１３−１）で、連に最
も温度の低い終端部（１４−８）との−〇領域のシリン
ダ（１）の始端部（１５−８）とを他方のヒートパイプ
（１３−８）で夫々接続している。このように熱伝達装
［、（１３）は一方のヒートパイプ（１３−１）から他
方のヒートパイプ（１，３−８）にいくに従って温度が
徐々に低（なっており、これらヒートパイプ（１３−１
）乃至（１３−８）同志の熱伝達及び放熱を阻止して熱
伝達装置（１国の勾配温度を保持１−る為にヒートパイ
プ（１３−１）乃至（１３−８）は夫々個別に断熱処理
されている。

次に動作を説明すると、シリンダ（１）内にヘリウム、
水素、チッ素、空気等の作動気体が封入されており、■
−の領域で等温膨張されろ。即ちこの領域では内容積の
増加変化率が大きくこの為作動気体は断熱膨張されるが
、これを加熱器０１）で外部から加熱することにより等
温膨張に近づけられる。

但し、膨張開始筒所■の近傍Ｃ゛はある稈度集中加熱し
てシリンダ（１）の平均温度を高めるようにする。

次に■−■間の等容冷却領域では内容積一定のまま作動
気体が冷却される。即ち、■箇所で６００℃に温度上列
した作動気体は＠箇所に到達する迄に順次ヒートパイプ
（１３−１）乃至（１３−８）の加熱端（１４−１）乃
至（１４−８）を加熱していき、１００℃まで逆に冷却
される。加熱によりヒートノ゛：イプ（１３−１）乃至
（１３−８）の加熱端（１４−１）乃至（１４−８）の
温度は１１１次６００６０〜１００℃と温度勾配をもつ
ようにＩより、この勾配温度でもっての一■領域の作動
気体をシリンダ（１）を介して放熱端（旧で後述の如（
加熱し、これで所謂熱再生作用が行なわれる。

而してＯ−０間の等温圧縮領域では内容積の減少変化率
が大きくこの為作動気体は断熱圧縮されるが、これを冷
却器（１４で外部から冷却することにより等温圧縮に近
づけられ、作動気体は１００℃に維持される。

次に■−■間の等容加熱領域では内容積一定のまま作動
気体が加熱される。即ち、前述の如く温度勾配を有する
ヒートパイプ（１３−８）乃至（１３−１）の放熱端（
１５−８）乃至（１５−１）で作動気体が圧縮終了箇所
のから膨張開始箇所■に至る迄ＩＩＩＱ次１００℃乃至
６００℃と加熱され、然る後前述した等温膨張領域圧戻
る。

このようにして等温膨張−等容冷却一等温圧縮一等容加
熱が繰り返され、等温膨張領域での作動気体の膨張圧力
でロータ（２Ｘ）　（２Ｙ）が実紳矢印方向に押され、
同一の時言１方向に回転する出力軸から外部に出力が取
り出される。

（へ）発明の効果 スターリング機関を単一にしかもコンパクトＫまとめあ
げることができ、且つロータがシリンダと無摺動のロー
タリ方式である為振動及びトルク変動を小さく抑えるこ
とができる。併せて外燃（外部加熱）密閉式である為静
粛で１つ外燃Ｐ旧を（＠ｈ選択使用できる。

しかも熱伝達装置としてヒートパイプを採用することＫ
よりシリンダ内に作動気体を密封できるので再生式熱交
換器を有する従来のレシプロ方式及び２シリンダのロー
タリ方式と比較して圧縮容Ｑ″に対する膨張容鞘の容積
比を約３．５と大きくとれ高出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図、第２図は
動作状態を示すスターリング機関の断面図、第３図はリ
ンク機構の動作原理図、第４図は位相角−内容積ｌ特性
図である。 （１）・・・シリンダ、　　（２Ｘ）（２Ｙ）・・・ロ
ータ、　（１１）・・・加熱器、　（１渇・・・冷却器
、　（１り・・・熱伝達装置、（１３−１）乃至（１３
−８）・・・ヒートノ（イブ代理人　弁理士　　佐　野
　靜　天、−２−１゛′′第 １５ 第２図 １５ 第３図 ｘ 第４１４ ２ル ーイ立１本ロー−（φ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真円形のシリンダ内壁と該内壁に沿って互いに離
   合しながら回転する一対のロータと罠より内容積が徐々
   に増大する膨張状態から内容積が略一定の冷却状態、内
   容積が徐々に減少する圧縮状態を経て内容積が略一定の
   加熱状態へと順次繰り返し変化する一対の室を区画形成
   し、前記膨張状竹 態を略等温に維曵する加熱器と前−記圧縮状態を略等温
   に維持する冷却器とを設けると共に前記冷却状態の室と
   加熱状態力室とを熱伝達装置で連結したことを特徴とす
   るスターリング機関。
2. （２）熱伝達装置をヒートパイプで形成した特許請求の
   範囲第１項記載のスターリング機関。