JPS60101255A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は密閉した作業気体に熱エネルギーを与えてス
ターリングサイクルを行なわせて仕事を得る外燃エンジ
ンとしてのスターリング機関の改良に関するものであ゛
る。

〔従来技術〕

この種機関は従来からよく知られているが、最近、その
理論熱効率の高さ、無公害性、省資源の面からとみに注
目を集めている。

しかしながら、この機関に関する特許として特願昭５２
−６６８０５や実開昭５２−８０５８７に見られる様に
、高温側形成部材特に熱交換器類の構成において、構成
が餌易で、熱応力等の発注も極力小さなものが、機関の
実用化において重大な事や、高温側形成部材から低温側
形成部材への熱伝導による熱損失を軽減化し、機関の熱
効率の向上を計る工夫が必要な事がよく判る。特に再生
器での熱伝導損失も機関の熱効率の低下をもたらす重要
なものである。

以上の様にこの機関の実用化における問題点は種々ある
が、今だにこれといった手法、構成が開発されるに至っ
ていない。

〔発明の概要〕

この発明は、これら諸点にかんがみてなされたもので、
高温側形成部材の構成が簡単で、しかも熱応力等の発生
を極力小さくしたスターリング機関を提供するものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下第１図〜第５図に示すこの発明の一実施例について
詳細に説明する。第１図において（１）は耐熱性金属で
作られ一端が閉じられた同筒形状の第１シリンダである
。（１ａ）は上部に設けられた加熱装置に）から供給さ
れる加熱媒体（ここでは燃焼ガスをいう。）より第１シ
リンダ（１）の外壁部の胴の長手方向円周上に複数個突
設され、かつ第１シリンダ（１）に作用する熱応力軽減
のために長手方向に複数個の切欠部と長手方向の第１シ
リンダ（１）の壁温をほぼ一定となる様に熱交換負荷率
Ｌ１（ｋａｌ／　ｈｒ・ｍ）を加熱装置（ハ）に近い側
から下流に向って、一定にするために伝熱面積を小から
大にした吸熱フィンで、（ＬＬ＋）は加熱媒体から第１
シリンダ（１）に与えられた熱エネルギーをシリンダ内
で流動する作業気体に放熱するために、第１シリンダ（
１）の内壁側の胴の長手方向円周上に複数個突設された
放熱フィンで＠ｌシリンダ（１）に作用する熱応力軽減
のために長手方向に複数個の切欠部を有した形状である
。＠２図に第１図のｍＡ−ＩＡ断面を矢側からみたシリ
ンダ平断面図、第８図に第２図中のＩＢ−ＩＩＩＢ縦断
面を矢側からみたシリンダ縦断面一を示し、上記第１シ
リンダ（ＩＪ、吸熱フィン（１ａ）、放熱フィン（１ｂ
）の構成を示した。（ｌｃ）は第１シリンダ（１）に設
けられた、つば状のシリンダフランジである。（５）は
熱伝導率の極めて良好な銅系、アルミ系の金属で円筒形
状に作られ、内壁部はメッキ等によって耐腐食、耐摩耗
処理が施こされた第２シ・リングである。（５ａ）はシ
リンダ内部の作業気体を冷却するために、第２シリンダ
（５）の胴長手方向円周上に複数個突設された第２冷却
フインである。

（５ｂ）は第２冷却フイン（５ａ）によって作業気体か
ら吸熱した熱量を冷却媒体（ここでは水）に伝える為に
冷却媒体の流れをフィン全面にわたつ又均一化する流動
水孔（５ｃ）が複数個あけられた円環板形状で第２シリ
ンダ（５）の長手方向に所定の隙間を有して複数枚固着
された第１冷却フインである。（６）は第２シリンダ（
５）を所定の位置に固定するためのハウジングで少なく
とも第２シリンダ（５）より熱伝導率の悪い金属でつく
られている。このハウジング（６）は本実施例において
は、冷却媒体の容器となる冷却水ジャケットを兼ねてお
り、（６ａ）、　（６ｂ）は冷却水入口孔及び出口孔で
ある。又、第１シリンダ（１）と第２シリンダ（５）は
図から判る様に、円筒面での固定シール方式によって、
０リング等の弾性を有した気密装置（４）によってシリ
ンダ内の気密を保つ構成で、本実施例では第１シリンダ
（１）側は単に円筒軸面、第２シリンダ（５）側には円
筒軸穴面に気密装置（４）用の溝をもつ構成で、第１シ
リンダ（１）と第２シリンダ（６）の軸径は第２シリン
ダ（５）〉第１シリンダ（１）の要件及び、両軸の径差
を第１シリンダ（１）の熱応力による変形量以上とした
。（２）は第１シリンダ（］）と第２シリンダ（５）を
所定の位置、言かえれば第１シリンダ（１）とハウジン
グ（６）を所定の位置関係に保つ為の熱伝導率の悪い金
属で作られた遊動フランジで、この遊動フランジ（２）
と冷却水ジャケット（６）は固定用ボルト（３）によっ
て完全に固定し、遊動フランジ（２）と第１シリンダ（
１）は所定の隙間、即ち第１シリンダ（１）の熱応力に
よる第１シリンダ（１ｃ）部の変形量以上の隙間を有す
る半固定とする。この構成によると機関運転時は第１シ
リンダフランジ（１ｃ）上面部と遊動フランジ（２）、
冷却水ジャケット（６）の間でほぼ固定された機関の構
成となるが、第１シリンダ（１）の熱応力による変形量
を遊動フランジ（２）又は冷却水ジャケット（６）で拘
束しないので、第１シリンダ（すの耐久性の向上が可能
となる。

（７）は第１シリンダ（１〕、第２．シリンダ（５）内
を高温の動作空間（２）と低温の動作空間に）に仕切り
、両動作空間の容積を変えうる様に往復動作可能な第１
ピストンである。（７ａ）は円筒中空構造で耐熱金属で
作られ、胴部は第１シリンダ（１）の放熱フィン（１ｂ
）と所定の熱交換可能な胴長さを有する第１ピストンヘ
ッド部である。（７ｂ）は第２シリンダ（５）の吸熱フ
ィン（５ａ）と所定の熱交換流路を有する外径及び、“
所定の熱交換胴長さを有した円筒中空構造で、胴の上部
側から自己側渦性材料で作られた円環状の第１摺動体Ｏ
Ｑ、気密体θＶを有し、その下部に複数個の流通孔０脣
を有し、さらに上記必要熱交換屓長さをへて最下部に、
自己潤滑性材料で作られた複数個の突設してなる摺動面
と、はぼ第１ピストン（７）の外径と等１．　＜削り込
まれた溝からなる複数個の作業気体流路を有する円環状
の第２摺動体（６）が装管されたアルミ等の軽合金、熱
伝導率の良好な金属で作られた第１ピストン摺動部であ
る。

（７ｃ）は円筒中空形状の再生器室にステンレス、マン
ガニン等で作られた金網又はスチールウール等の充填物
が充填された再生器部で、上部の円周上にあけられた複
数個の流通孔ａ：ｊを有し、シリンダ内作業気体は第１
ピストン（７）の往復動作にともない第１ピストン△、
ラド部（７ａ）の熱交換流路、流通ＪＬ　０３、再生器
室（７ｃ）内、流通孔０４．第１ピストン摺動部（７ｂ
）部の熱交換流路で構成された流路を経て、高温の動作
空間から低温の動作空間へ、あるいは低温の動作空間か
ら高温の動作空間へと流動可能ｉこ構成して、機関外へ
の再生器部からの熱伝導損失を程んど零となしうる。第
１ピストン（７）の往復動作は、駆動機構Ｑりと第１ピ
ストンロツド（至）と第１ピストン（７）の連結を、送
気ピストンロッドαＱのたわみ等によって生じる送気ピ
ストンロッドαＯの中心軸の変位量及び軸の傾向き量を
自在に調節し得る自在継手装置θすＩζよって行なうの
で、第１ピストン（７）がＭ２シリンダ（５，ｌ、ｉｌ
シリンダ（すに対して側圧等を生じる事なく、滑らかに
往復動作可能で、摺動体θｏ１（２）や気密俸ａＵに偏
摩耗等が生ずる事なく安定した性能、及び摺動部の摺動
損失の低減が長期にわたり得られる。

Ｑ５１は晒カビストンたる第２ピストン、ＯｃＪは第２
ピストンα印の１・詔勅と気密を目的とした気密摺動体
である。（イ）は送気ピストンロッドａ５の摺動と気密
を目的としたロッドパッキンである。丙は第２ピストン
（ｌ村の下部側空間、バッファ室で、非運転時はシリン
ダ内と同じレベルの圧力の作業気体が密閉された室であ
る。一点鎖線で示した（ハ）は、この機関のサイクルを
成立させる為の駆動機構である。

Ｑυは第２ピストン（ハ）と第１ピストン（７）の往復
運動を第２ピストン（至）が所定の遅れ位相で動作させ
る様な機構を持つ装置である。に）は燃焼筒、に）は燃
焼室、□□□は第１シリンダ（１）の外壁頭部近ぼうに
加熱装置に）からの加熱媒体（燃料と燃焼用空気）の混
合、分配を計るための混合板で、これによって第１シリ
ンダ（０頭部は加熱媒体に直接さらされる事がなく、空
気孔（支）、空気孔（２９ａ）の開孔割合の選択によっ
て＠１シリンダ（すの壁温をほぼ均一にすることが可能
となる。（７）は第１シリンダ（す加熱後の加熱媒体の
排気孔である。なお第４図に第１図のＩＶＣ−ＩＶＣ断
面を欠測からみた平断面図を示し、第５図に摺動体（イ
）の構造を示す。これらの図において第１図と同一符号
は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。

以上のようＥζ構成された本実施例では、シリンダ内に
作業気体を密閉可能で、第１シリンダ（１）を加熱装置
により加熱し、第２シリンダ（５）を冷却水によって冷
却すると同時に駆動機構Ｑυを何らかの始動手段によっ
て始動する事によって、機関のサイクルが成立し、熱エ
ネルギーから仕事を得るスターリング機関となる事はも
ちろん、次の様な多大な効果が期待できる。即ち第１シ
リンダの温度分布がはぼ均一となり、シリンダを構成す
る材料の選択が容易になる。又、材料の強度に有害な膨
部を与えにくい。またシリンダ胴その他に発生する熱応
力が極めて小さくなり材料の熱応力疲労による寿命の低
下を極カ防げる。さらに第１シリンダから第２シリンダ
への（高温側形成物から低温側形成物への）熱伝導損失
が程んど無視できる程度となる。さらにまた再生器を構
成する器壁がシリンダ内にあるので再生器の壁がら機構
外への熱伝導損失が無視できる程に減少され、かつ第１
ピストンの動作がスムーズで、これに装着されている自
己潤滑性材料の寿命が向上し、又摺動機械損失の低減が
出来る。

なお上記実施例では冷却媒体に水、加熱媒体に燃焼ガス
を用いたが、水のかわりｔζ空気等、燃焼ガスのかわり
に、太陽熱その他の熱媒であってもよい事は言及するま
でもない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によればシリンダ胴等に発生する
熱応力が極めて小さくなるので、材料の熱応力疲労によ
る寿命の低下が防止され耐久性が向上する等の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
第１図のＩＩＡ−ＩＡ断面図、第８図は第２図のＤＢ−
ＩＢ断面図、第４図は第１図のｆｆｃ−■Ｃ断面図、第
５図は摺動体の断面図及び正面図である。 図において、（１）は第１のシリンダ、（５）は第２の
シリンダ、に）は加熱媒体供給装置、（１ａ）は伝熱フ
ィンである。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示すものとす
る。 代理人　人岩増雄 第１図 第２Ｒ１ 第４図 第５１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部に高温動作空間と低温動作空間とを形成したシリン
   ダ、上記シリンダの高温動作空間側の外壁面に対して加
   熱媒体を供給する加熱媒体供給装置、上記シリンダの高
   温動作空間側の外壁面に形成された伝熱フィンを備え、
   上記加熱媒体台高温動作空間との間の熱交換面積が上記
   加熱媒体の下流麹でより大となるように上記伝熱フィン
   の表面た 積を変化させ看ことを特徴とするスターリング機□関。