JPS5985456A - スタ−リングエンジン - Google Patents

スタ−リングエンジン

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Publication number
JPS5985456A
JPS5985456A JP19345182A JP19345182A JPS5985456A JP S5985456 A JPS5985456 A JP S5985456A JP 19345182 A JP19345182 A JP 19345182A JP 19345182 A JP19345182 A JP 19345182A JP S5985456 A JPS5985456 A JP S5985456A
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JP
Japan
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expansion
expansion piston
piston
compression
cylinder
Prior art date
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Pending
Application number
JP19345182A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigemi Nagatomo
長友 繁美
Kiyoshi Kagawa
香川 澄
Katsumasa Araoka
勝政 荒岡
Toshinori Iwasaki
岩崎 敏則
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP19345182A priority Critical patent/JPS5985456A/ja
Publication of JPS5985456A publication Critical patent/JPS5985456A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/34Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" 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
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • F02G2244/02Single-acting two piston engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/08Thermoplastics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、膨張シリンダと圧縮シリンダにそれ、ぞれ加
熱器と冷却器とを付属せしめるとともに、両者を再生器
によって互いに連結したスターリングエンジンに係り、
特にその膨張ピストン部の改良に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、上記ス
ターリングエンジンは、熱エネルギによって膨張シリン
ダ等内のピストンを往復運動させる熱サイクル部と、そ
の出力を回転力として取り出すクランク機構部とを有し
ている。ところで、上記スターリングエンジンの動作液
体としては−He 、 H2,N、等の不凝縮性気体が
使用されており、零の動作液体は、シリンダ部およびそ
れらの連結部内に充填密封されている。
すなわち、第1図は上記スターリングエンジンの概略構
成図であって、機械室lの頂壁邪には膨張シリンダ2お
よび圧縮シリンダ3が突設されており、上記膨張シリン
ダ2には高温熱源によって加熱される加熱部4が接続さ
れ、圧縮シリンダ3には冷熱源によって冷却される冷却
器5が接続され、さらに上記加熱部4および冷却器5は
再生器6を介して互いに接続されている。
一方、上記膨張シリンダ2および圧縮シリンダ3内には
、それぞれ膨張ピストン7および圧縮ピストン8が往復
動可能に配設されており、両ピストン7.8はそれぞれ
コネクティングロッド9゜10によって前記機械室l内
に水平に配設されたクランク4i11]11に連結され
、両ピストン7.8が互いに所足位相差をもって往復動
するようにしである。
ところで、上記膨張シリンダ2.圧縮シリンダ3、加熱
器64.冷却器5および再生器6並びにそれらを結ぶ配
管中には、He 、 l(2、或はN2等の動作流体が
封入されており、両ピストン部においては両ピストン7
.8に装着されたピストンリング12゜13によってシ
ールされている。
しかして、加熱s4で動作流体が高温熱源によって加熱
されると、膨張して膨張ピストン7が圧下され、クラン
ク軸11の回動が行なわ゛れる。また、上記膨張ピスト
ン7が上昇行程に移ると、動作流体は加熱部4を通過し
て再生器6に移送され、そこで再生器6内に充填されて
いる蓄熱材に熱を与え、冷却器5へと流れて冷却され、
圧縮ピストン8の上昇行程に伴なって圧縮される。この
ようにして圧縮された動作流体は逆に加熱部4側に流れ
、その途中で前記再生器6内の蓄熱材から熱を奪いなが
ら温度を上昇して、加熱部4へ流れ込み、そこで再び高
温熱源によって加熱膨張せしめられる。
ところで、この種のスターリングエンジンにおいては、
上述の様に両ピストン7.8に装着されるピストンリン
グ12 、13によってシールされているか、特に膨張
ピストン7のピストンリング12ハ膨張室の、高温ガス
の影響をうけ、ピストンリング12の信頼性を著るしく
低下させる原因となっていた。
特に、この膨張ピストンのピストンリングは潤滑油が膨
張室に侵入するのを防止するために、膨張ピストンリン
グを膨張シリンダ上にはば乾燥状態で摺動させる必要が
ある。この膨張ピストンリングの材料としては摩擦係数
の小さい樹脂材料を用いるのが一般的であり、このため
膨張ピストンリングの温度は極力下げる必要がある。
ところで従来の膨張ピストンの構造では、膨張ピストン
ヘッドは絶えず膨張室内の高温ガスにさらされているた
め、非常に高温となり、また膨張ピストンリングのある
膨張ピストンベースも、高温の膨張ピストンヘッドから
の熱伝導や熱輻射の影響をうけ高温と力る欠点があった
この膨張ピスト/ベースでの温度上昇をさけるため、膨
張ピストンの肉厚を薄くするなどの対策が従来おこなわ
れているが、この方法では膨張ピストンヘッドからの熱
伝導は防止できるが、熱輻射の影響は防止できなかった
。またこの熱輻射を防止するために、膨張ピストン内に
充てん物を挿入することにより熱輻射を防止することが
試みられているか、重量が大きくなる割には効果の少G
)ものであった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような点に鑑み、熱輻射による膨張ピスト
ンヘッドから膨張ピストンベースへの熱移動量を大巾に
低減し、膨張ピストンリングの温度を低下し、信頼性向
上をはかるようにした、スターリングエンジンを提供す
ることを目的とする。
さらに本発明は、膨張ピストンの軽量化を実現し、軽量
で振動の少なくできるようにしたスターリングエンジン
を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、膨張シリンダと圧縮シリンダにそれぞれ加熱
器と冷却器とを付属せしめるとともに、両者を再生器に
よって互いに連結したスターリン、ゲニンジンにおいて
、膨張ピストン内に薄い熱輻射防止板を1枚以上設け、
これを膨張ピストンベースに支持するように構成したこ
とを特徴とする。
また上記スターリングエンジンにおいて、膨張ピストン
ヘッドを膨張ピストンベースと異なる材料で形成し、上
記膨張ピストンヘッドと膨張ピストンベースの間に弾性
を有する金属体を挿入してシールするように構成したこ
とを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、第2図及至第4図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
第2図において、本発明の主要構成要素の名称と機能を
以下説明する。
クランクケース101はクランク機構、エンジン全体を
保持、その内部に作動ガスと潤滑油などを内蔵する。
クランク室103はクランクケース内空間であり、クラ
ンク機構、作動ガスおよび潤滑油などが存在する。
クランク軸105は膨張ピストン、圧縮ピストンの往復
運動を回転運動に変えるクランク機構の一部であり、軸
出力を取り出す。
クランクビン107はクランク軸と膨張コンロッドを回
転自在に結合する。
膨張コンロッド109はクランク軸と膨張ロッドを連結
し、膨張ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に
変換する。
圧縮コンロッド111はクランク軸と圧縮ロッドを連結
し、圧縮ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に
変換する。
潤滑油113は潤滑オタよび冷却を目的とする油で、ク
ランクケース内に封入され、各摺動部に潤滑機構により
供給される。
膨張シリンダ115は往復動する膨張ピストンを内蔵し
、この膨張シリンダと膨張ピストン間に膨張室を形成す
る。
膨張下部シリ:・ダ117は膨張側ベアリングを固定す
るとともに、膨張ロッドの往復運動の方向を拘束する。
膨張側ベアリング119は膨張下部シリンダ内に固定さ
れ、膨張ロッドのなめらかな往復運動を実現する。
膨張ロッド121は膨張下部シリンダ内を往復動する。
膨張ロッドビン123は膨張ロッドと膨張コノロッドを
連結する。
膨張ピストン125は膨張シリンダ内を往復動し、この
膨張ピストンと膨張シリンダ間に膨張室を形成する。
膨張ピストンリング127は膨張ピストンの溝内に装着
され、膨張室内作動ガスの漏れを防止する。
膨張ロントビストンリング129は膨張ロッドの溝内に
装着され、潤滑油が膨張ピストン背面に移動するのを防
止する。
膨張結合ビン131は膨張ピストンと膨張ロッドを結合
する。
膨張ピストン背面空間133は膨張ピストンの背面と膨
張下部シリンダ間に形成される空間である。
熱遮へい板135は膨張ピストン内部に配置され、膨張
ピストンヘッドの高温源からの熱輻射を防止する。
支持棒137は熱遮へい板を膨張ピストン下部に固定す
る棒である。
通路管139は膨張ピストン背面空間を膨張ピストンが
往復動するさいの圧力脈動を低減するために、サージタ
ンクへ連通する通路管である。
膨張ピストン背面通路141は通路管内のガスであるO 冷却水入口管143は膨張ピストンリングを冷却するだ
めの水を供給する。
冷却水出口管145は膨張ピストンリングを冷却するた
めの水を卦ト出する。
冷却水147は冷却ジャケットと膨張シリンダ内に供給
され、膨張ピストンリングを冷却する。
膨張室149は膨張ピストンと膨張シリンダ間に形成さ
れ、作動ガスが膨張する空間である。
加熱器入口空間151は膨張室と加熱器を結ぶ空間であ
る。
膨張ピストン内空間153は膨張ピストン内に形成され
る空間である。
圧縮シリンダ155は往復動する圧縮ピストンを内蔵し
、この圧縮シリンダと圧縮ピストン間に圧縮室を形成す
る。
圧縮下部シリンダ157は圧縮側ベアリングを固定する
とともに、圧縮ロッドの往復運動の方向を拘束する。
圧縮側ベアリング159は圧縮下部シリンダ内に固定さ
れ、圧縮ロッドのなめらかな往復動を実現する。
圧縮ロッド161は圧縮下部シリンダ内を往復動ずる2 圧縮ロッドビン163は圧縮ロッドと膨張゛ろンロッド
を連結する。
圧縮ピストン165は圧縮シリンダ内を往復動し、この
圧縮ピストンと圧縮シリンダ間に圧縮室を形成する。
圧縮ピストンリング167は圧縮ピストンの溝内に装着
され、圧縮室内作動ガスの漏れを防止する。
圧縮ロントビストンリング169は圧縮ロッドの溝内に
装着され、潤滑油が圧縮ピストンの背面に移動するのを
防止する。
圧縮結合ビン171は圧縮ピストンと圧縮ロッドを結合
する。
圧縮ピストン背面空間173は圧縮ピストンの背面と圧
縮下部シリンダ間に形成される空間である。
通路管179は圧縮ピストン背面空間を圧縮ピストンが
往復動するさいの圧力脈動を低減するための、サージタ
ンクへ連通する通路管である。
圧縮ピストン背面通路181は通路管内のガスである。
圧縮室189は圧縮ピストンと圧縮シリンダ間に形成さ
れ、作動ガスが圧縮する空間である。
冷却器入口空間19Iは圧縮室と冷却器を結ぶ空間であ
る。
冷却器ベローズ201は冷却器の外殻をなすもので、機
関全体の熱膨張による変形などを吸収する。
冷却器圧縮側フランジ203は圧縮シリンダと冷却器を
連結する。
冷却器再生側フランジ205は再生器と冷却器を連結す
る。
冷却管207は圧縮室と再生室を連続させる管であり、
作動ガスを冷却する。
冷却管内棒209は冷却管内に挿入され、冷却管内での
作動ガスのデッドスペースを小さくする。
冷却管支持板211は冷却管を適当な配置に支持する。
シール溝213はオーリングを装置して作動ガスの漏れ
を防止するための溝である。
オーリング215はシール溝内に装置され、作動ガスの
漏れを防止する。
冷却水入口管217は冷却器内作動ガスを冷却するため
の水を供給する。
冷却水219は冷却器ベローズと冷却管内に供給され、
冷却器内作動ガスを冷却する。
冷却水出口管221は冷却器内作動ガスを冷却するため
の水を排出する。
冷却室223は冷却管と冷却管内棒の間の空間で、作動
ガスを冷却する。
再生器ケ−3225は冷却器と加熱器を接続し、内部に
再生用充てん物を保持する。
充てん物227は再生器ケース内に保持され、熱の再生
作用を行なう。
再生室229は再生器内の作動ガスが通過する空間であ
る。
加熱管231は燃焼器内に位置し、この内部を作動ガス
が通過するときに、作動ガスを加熱する。
加熱室233は加熱管と加熱管内棒の間の空間で、作動
ガスを加熱する。
加熱管内棒235は加熱管内に挿入され、加熱管内での
作動ガスのデッドスペースを小さくする。
加熱器フランジ237は膨張シリンダと加熱器を接続す
る。
加熱器支持板239は加熱管を適当な配置に支持するO ダクト241は高温の燃焼ガスを内部に保ち、外気と断
熱する。
燃焼室243は高温の燃焼ガスが存在し、加熱器内作動
ガスを加熱する。
燃焼器245は燃料と9気を混合、肩入して高温の燃焼
ガスを得る。
燃料247は燃焼器に供給する燃料である。
排気管249は高温の燃焼ガスが加熱器で熱交換した後
の排気ガスを排出する。
排気251は加熱器で熱交換した後の吠温の燃焼ガスで
ある。
サージタンク253は:+7!1i当な谷状をもち、膨
張ピストン背面空間と圧縮ピストン背面空間に両端を連
通し、圧力脈動を減衰する。
サージタンク室255はサージタンク内の空間で、この
空間内で圧力脈動が減衰される。
さらに第2図を参照して、本発明のスターリングエンジ
ンの構成システムを概略説明する。クランクケース10
1の上部には膨張リング115および圧縮シリンダ15
5が突設されており、上記膨張シリンダ115の上部に
は加熱器4の樵数本の加熱管231の一端が接続され、
その加熱管231の他端は再生器6に接続されている。
また、圧縮シリンダ15コには冷却水によって冷却され
る冷却器5が接続されており、その冷却器5が上記再生
量6に接続されている。
一方、上記膨張シリンダ115および圧縮シリンダ15
5内には、それぞれ膨張ピストン125および圧縮ピス
トン165が往復動可能に配設されており、両ピストン
125,165はそれぞれコネクティングロッド109
,111によってクランク軸105に連結され、両ピス
トンが互いに所定位相差例えば900をもって往復動す
るようにしである。
ところで、上記膨張ピスト、ン125は、第3図に示す
様に、膨張ピストンヘッド301と、膨張ピスト/ベー
ス303で外殻を構成し、膨張ピストン125内部には
熱遮へい仮135が支持棒137で膨張ピストンベース
303に固定されている。上記熱遮へい板135と支持
棒137は、ナツトで容易に固定することができるが、
場合によっては溶接も可能である。
さらに第4図は、本発明の一実施例を示し、熱遮へい板
309の高温側表面に熱輻射率の高い材料を表面コーテ
ィングして熱遮へいM 307を形成する0 第5図は、本発明の別の一実施例を示し、膨張ピストン
125は膨張ピストンヘッド301と膨張ピストンベー
ス303の異なる材料で形成される。例えば膨張ピスト
ンヘッド301は高温ガスにさらされるからステンレス
材など高温で耐圧性のある材料が必要であるか膨張ピス
トンベース303 Fi比較的低温であるからアルミな
どの比重の軽い材料を使うことができる。膨張ピストン
ヘッド301と膨張ピストンベース303の間には弾性
金属シールリング311を挿入し、ピストンヘッド30
1とピストンペース303の熱膨張の差から生じる熱応
力破壊や作動ガスのリーク力どの問題を解決している。
なお膨張ピストンヘッド301と膨張ピストンベース3
03は止めネジ313で一応止められている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明において(4、膨張ピスト
/内に薄い熱遮へい板を、一枚以上設け、これを膨張ピ
ストンのペースに支持するように構成したので、熱輻射
による膨張ピスト/ヘッドからの熱移動量を大巾に低減
し、膨張ピストンリングの温度を下げることができ、大
巾な信頭性の向上を実現できる。
また膨張室内高温ガスからの熱リーク量が減少するため
、エンジンの性能向上を実現するときができるなどまわ
めて実用性の高いものである。
さらに膨張ピストンヘッドと膨張ピストンベースな異な
る材料で形成し、上記膨張ピストンヘッドと膨張ピスト
ンベースの間に弾性なMする金属体を挿入してシールす
るようにしたので膨張ピストンを軽量化でき、振動が小
さく効率の良いスターリングエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はスターリングエンジンの概略構成図、第2図は
本発明のスターリングエンジンの一部断面側面図、第3
図は本発明のスターリングエンジンにおける高温ピスト
ンの縦断面図、第4図は本発明のスターリングエンジン
における熱遮へい板の拡大縦断面図、第5図は本発明の
スターリングエンジンにおける高温ピストンの縦断面図
である。 125:膨張ピストン 135:熱遮へい板 137:支持棒 301 :膨張ピストンヘッド 303:膨張ピストンベース 305づナツト 307:熱遮へい膜 311 :弾性金属シールリング 313:ボルト 代理人弁理士 則近憲佑(ほか1名) 第  8 図 第5図 ゛シ3

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)膨張シリンダと圧縮シリンダにそれぞれ加熱器と
    冷却器とを付属せしめるとともに、両者を再生器によっ
    て互いに連結したスターリングエンジンにおいて、膨張
    ピストン内に薄い熱遮へい板を1枚以上設け、これを膨
    張ピストンのベースに支持するように構成したことを特
    徴とするスターリングエンジン。
  2. (2)熱遮へい板は、高温側表面に熱輻射率の高い材料
    の表面処理を施したことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のスターリングエンジン。
  3. (3)膨張ピストンヘッドと膨張ピストンベースを異な
    る材料で形成し、上記膨張ピストンヘッドと膨張ピスト
    ンベースの間に弾性を有する金属体を挿入してシールす
    るように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載のスターリングエンジン。
JP19345182A 1982-11-05 1982-11-05 スタ−リングエンジン Pending JPS5985456A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19345182A JPS5985456A (ja) 1982-11-05 1982-11-05 スタ−リングエンジン

Applications Claiming Priority (1)

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JP19345182A JPS5985456A (ja) 1982-11-05 1982-11-05 スタ−リングエンジン

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JPS5985456A true JPS5985456A (ja) 1984-05-17

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ID=16308210

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JP19345182A Pending JPS5985456A (ja) 1982-11-05 1982-11-05 スタ−リングエンジン

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JP (1) JPS5985456A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62118046A (ja) * 1985-11-18 1987-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関
WO2015146761A1 (ja) * 2014-03-25 2015-10-01 住友重機械工業株式会社 スターリング冷凍機

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62118046A (ja) * 1985-11-18 1987-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関
WO2015146761A1 (ja) * 2014-03-25 2015-10-01 住友重機械工業株式会社 スターリング冷凍機

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