JPS60122255A - スタ−リング機関の温度制御方法 - Google Patents
スタ−リング機関の温度制御方法Info
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- JPS60122255A JPS60122255A JP58231126A JP23112683A JPS60122255A JP S60122255 A JPS60122255 A JP S60122255A JP 58231126 A JP58231126 A JP 58231126A JP 23112683 A JP23112683 A JP 23112683A JP S60122255 A JPS60122255 A JP S60122255A
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- Japan
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- temperature
- heater
- endothermic
- stirling engine
- pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot 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
- F02G1/045—Controlling
- F02G1/047—Controlling by varying the heating or cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2244/00—Machines having two pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の対象〕
本発明は、高い平均温度の膨張空間と低い平均温度の圧
縮空間を有し、前記雨空間との連通を吸熱用ヒータ、蓄
熱器、及び放熱器を介して行うスターリング機関におい
て、前記吸熱用ヒータの管壁温度の温度制御に関するも
のである。
縮空間を有し、前記雨空間との連通を吸熱用ヒータ、蓄
熱器、及び放熱器を介して行うスターリング機関におい
て、前記吸熱用ヒータの管壁温度の温度制御に関するも
のである。
エンジンシステムを第１図を用いて説明する。
スターリングエンジン２は、膨張シリンダ９と膨張ピス
トンＩＯによって形成される高温度の膨張空間ｌと、圧
縮シリンダ１１と圧縮ピストン１２によって形成される
ほぼ常温の圧縮空間２とが、吸熱用ヒータ３．蓄熱器４
及び放熱器５を介して接続され、それらの内部には、水
素、ヘリウム等の高圧ガスが封入されている。ここで前
記吸熱用ヒータ３ば、燃焼空間６内に在り、この燃焼空
間６内で加熱されることにより、前記高圧ガスは熱を受
ける。また、前記放熱器５は、ポンプ７によって送られ
る水等の媒体と接触し、前記高圧ガスと前記媒体との熱
交換によって、前記高圧ガスは、圧縮によって生じた熱
を捨てる。そして、前記媒体によって取られた熱は、ラ
ジェータ８によって外部に捨てられる。
トンＩＯによって形成される高温度の膨張空間ｌと、圧
縮シリンダ１１と圧縮ピストン１２によって形成される
ほぼ常温の圧縮空間２とが、吸熱用ヒータ３．蓄熱器４
及び放熱器５を介して接続され、それらの内部には、水
素、ヘリウム等の高圧ガスが封入されている。ここで前
記吸熱用ヒータ３ば、燃焼空間６内に在り、この燃焼空
間６内で加熱されることにより、前記高圧ガスは熱を受
ける。また、前記放熱器５は、ポンプ７によって送られ
る水等の媒体と接触し、前記高圧ガスと前記媒体との熱
交換によって、前記高圧ガスは、圧縮によって生じた熱
を捨てる。そして、前記媒体によって取られた熱は、ラ
ジェータ８によって外部に捨てられる。
前記膨張空間ｌ及び前記圧縮空間２内での前記高圧ガス
の膨張と圧縮によって生じた力は、ビス１ンｌ：ＩツＦ
１３及び１４乏連結するクランクシャツＩ・１５等の
ピストン往復動機構から動力を得る前記吸熱用ヒータ３
の管壁温度を、熱電対１６等の温度検出端を介して、温
度調節器１７に入力する。１１；１配湯度調節器１７は
、前記熱電対１６等を介して送られてきた管壁温度と、
予め設定された前記吸熱用ヒータ３の管壁温度との偏差
をめ、この偏差に、ＰＩＤ動作（比例、積分、微分動作
）を与え〔、この偏差が無くなるよ・うに、燃焼用空気
の量を変化させ空気流量調整弁１８の開度を制御する。
の膨張と圧縮によって生じた力は、ビス１ンｌ：ＩツＦ
１３及び１４乏連結するクランクシャツＩ・１５等の
ピストン往復動機構から動力を得る前記吸熱用ヒータ３
の管壁温度を、熱電対１６等の温度検出端を介して、温
度調節器１７に入力する。１１；１配湯度調節器１７は
、前記熱電対１６等を介して送られてきた管壁温度と、
予め設定された前記吸熱用ヒータ３の管壁温度との偏差
をめ、この偏差に、ＰＩＤ動作（比例、積分、微分動作
）を与え〔、この偏差が無くなるよ・うに、燃焼用空気
の量を変化させ空気流量調整弁１８の開度を制御する。
前記空気流量調整弁１８で調整される燃焼用空気は、ク
ランクシャフト１５からベルト１９等を介して伝達され
る動力によって作動するブｔ−１ア２０から送られ、調
整された燃焼用空気は、空燃比制御部２１に送られ、前
記温度調節器１７と前記空気流量調整弁１８によつ−ζ
制御された空気流量で燃焼できる燃料流量を前記空燃比
制御器２１で制御する。前記空燃比制御器２１によって
その流量が制御された燃料は、前記燃焼空間６内に噴霧
され、燃焼用空気で燃焼する。第１図において、２３は
圧力制御部であり、ガス圧力を変化させることによって
得られる出力を制御する〔従来技術の問題点及びその技
術的分析〕前記温度調節器１７に予め設定された前記吸
熱用ヒータ３の管壁温度（設定温度′ｌ゛とする）は、
前記吸熱用ヒータ３の材料特性と全豹７；ｉ状態でのガ
ス圧力によ゛つて決定される。これば、一般的な金属の
材料特性として、第２図に示すように、温度が上昇する
につれて、引張り強度が低下するとい・う傾向があるこ
とと、全負荷状態でガス圧力は最大となるため、前記吸
熱用ヒータ３にがかる応力もこの状態で最大になること
を′、８慮して、設定温度Ｔを全負荷状態で充分な強度
が保てるように設定するく全負荷状態を基準にして設定
された設定温度を”Ｉ’ 、 （一定）とする。）しか
しながら、一般的に１）；１記吸熱用ヒータ３の管壁温
度、すなわち設定温度１゛は、可能な限り高く保つ方が
高出力。
ランクシャフト１５からベルト１９等を介して伝達され
る動力によって作動するブｔ−１ア２０から送られ、調
整された燃焼用空気は、空燃比制御部２１に送られ、前
記温度調節器１７と前記空気流量調整弁１８によつ−ζ
制御された空気流量で燃焼できる燃料流量を前記空燃比
制御器２１で制御する。前記空燃比制御器２１によって
その流量が制御された燃料は、前記燃焼空間６内に噴霧
され、燃焼用空気で燃焼する。第１図において、２３は
圧力制御部であり、ガス圧力を変化させることによって
得られる出力を制御する〔従来技術の問題点及びその技
術的分析〕前記温度調節器１７に予め設定された前記吸
熱用ヒータ３の管壁温度（設定温度′ｌ゛とする）は、
前記吸熱用ヒータ３の材料特性と全豹７；ｉ状態でのガ
ス圧力によ゛つて決定される。これば、一般的な金属の
材料特性として、第２図に示すように、温度が上昇する
につれて、引張り強度が低下するとい・う傾向があるこ
とと、全負荷状態でガス圧力は最大となるため、前記吸
熱用ヒータ３にがかる応力もこの状態で最大になること
を′、８慮して、設定温度Ｔを全負荷状態で充分な強度
が保てるように設定するく全負荷状態を基準にして設定
された設定温度を”Ｉ’ 、 （一定）とする。）しか
しながら、一般的に１）；１記吸熱用ヒータ３の管壁温
度、すなわち設定温度１゛は、可能な限り高く保つ方が
高出力。
高すノ率を得るために効果的である。ここで、ガス圧力
と前記吸熱用ヒータ３の破壊温度とを第３図ａに、設定
温度ハを第３ｂに示すが、ガス圧力の低い状態において
は、前記吸熱用ヒータにかかる応力も、全負荷状態より
も小さいため、設定温度′１゛を全負荷状態での設定温
度］゛１よりも高く与えることは可能である。以上のよ
うに、従来の設定温度′１゛をＴ、（一定）に保つ温度
制御方法では、部分負荷効率及び出力に対し°Ｃ非富に
不利な設定である。
と前記吸熱用ヒータ３の破壊温度とを第３図ａに、設定
温度ハを第３ｂに示すが、ガス圧力の低い状態において
は、前記吸熱用ヒータにかかる応力も、全負荷状態より
も小さいため、設定温度′１゛を全負荷状態での設定温
度］゛１よりも高く与えることは可能である。以上のよ
うに、従来の設定温度′１゛をＴ、（一定）に保つ温度
制御方法では、部分負荷効率及び出力に対し°Ｃ非富に
不利な設定である。
そこで、本発明は、部分負荷状態において、高い９ＪＪ
率と出力とを得るためのスターリング機関の温度制御を
することを、その技術的課題とするものである。
率と出力とを得るためのスターリング機関の温度制御を
することを、その技術的課題とするものである。
上記技術的課題を解決するために講した技術的手段は、
検出した作動流体のガス圧力に基づいて設定温度を算出
しくこの演算、算出した設定温度を１゛−とする。）、
この設定温度１゛を温度制御ループに加えるようにする
ことである。
検出した作動流体のガス圧力に基づいて設定温度を算出
しくこの演算、算出した設定温度を１゛−とする。）、
この設定温度１゛を温度制御ループに加えるようにする
ことである。
」二記技術的手段は、次のように作用する。すなわら、
吸熱用ヒータ３の管壁温度は、ガス圧力に対応した設定
温度Ｔ゛に温度制御することが可能である。
吸熱用ヒータ３の管壁温度は、ガス圧力に対応した設定
温度Ｔ゛に温度制御することが可能である。
本発明は、次の特有の効果を生しる。すなわち、この発
明によるスターリング機関の温度制御方法によれば、部
分負荷状態で設定温度を高く保つことができるため、部
分負荷状態での効率、出力を高めることができる。これ
は、スターリング機関を産業機械、発電用機械、あるい
は輸送用機械等に使用する場合、通審負荷状態の使用が
ほとんどであるため、燃料費の向上に非當役立つ。また
、第６図Ｃに示すように、ガス圧力を時間りにＰｌから
Ｐｚ （Ｐ、 ＜ ｐｉ）に増加させた場合、前記役熱
用ヒータ３の管壁温度は、設定温度を一定に保つ従来型
ではａの変化を、本発明の設定温度を変える方法ではｂ
の変化を生ずる。従来型では、増加時一度１１；１記吸
熱用ヒータ３の管壁温度が設定温度より下がってしまう
ためレスポンスが非常に悪かったが、本発明によれば、
低圧側で設定温度を上げ、高圧側で設定温度を下げるよ
うにしているため、第６図に示すように、前記吸熱用ヒ
ータ３の管壁温度は、設定温度以下の落ち込みをほとん
どみせず、従来型と比較して、スターリング機関のレス
ポンスは良好となる。また部分負荷効率および出力を向
上させる他の方法として、スターリング機関の前記圧縮
空間２のガス温度を低くする事による方法も考えられる
が、これはスターリング機関に使用する前記ラジェータ
８の容量によって決定してしまうため、きわめて困難で
ある。また、他の方法として、部分負荷効率、および出
力を向上させるため、予め設定温度を上げておくという
方法も考えられるが、これでは、全負荷状態で前記吸熱
用ヒータ３が破壊するおそれがあり危険である。
明によるスターリング機関の温度制御方法によれば、部
分負荷状態で設定温度を高く保つことができるため、部
分負荷状態での効率、出力を高めることができる。これ
は、スターリング機関を産業機械、発電用機械、あるい
は輸送用機械等に使用する場合、通審負荷状態の使用が
ほとんどであるため、燃料費の向上に非當役立つ。また
、第６図Ｃに示すように、ガス圧力を時間りにＰｌから
Ｐｚ （Ｐ、 ＜ ｐｉ）に増加させた場合、前記役熱
用ヒータ３の管壁温度は、設定温度を一定に保つ従来型
ではａの変化を、本発明の設定温度を変える方法ではｂ
の変化を生ずる。従来型では、増加時一度１１；１記吸
熱用ヒータ３の管壁温度が設定温度より下がってしまう
ためレスポンスが非常に悪かったが、本発明によれば、
低圧側で設定温度を上げ、高圧側で設定温度を下げるよ
うにしているため、第６図に示すように、前記吸熱用ヒ
ータ３の管壁温度は、設定温度以下の落ち込みをほとん
どみせず、従来型と比較して、スターリング機関のレス
ポンスは良好となる。また部分負荷効率および出力を向
上させる他の方法として、スターリング機関の前記圧縮
空間２のガス温度を低くする事による方法も考えられる
が、これはスターリング機関に使用する前記ラジェータ
８の容量によって決定してしまうため、きわめて困難で
ある。また、他の方法として、部分負荷効率、および出
力を向上させるため、予め設定温度を上げておくという
方法も考えられるが、これでは、全負荷状態で前記吸熱
用ヒータ３が破壊するおそれがあり危険である。
以下、上記技術的手段の一興体例を示す実施例につい−
Ｃ説明する。
Ｃ説明する。
第４図は、この発明の一実施例で、この図において、第
１図の各部に対応する部分には、同一の符号がイ」シで
ある。第４図において、圧力センサ２４、変換器２５．
演算器２６が、新たに設けられたものであり、前記圧力
センザ２４で検出して得られた圧力を前記変換器２５で
信号に変換し、前記演算器２６で前記変換器２５から送
られてきた信号に基づいて前記吸熱用ヒータ３の設定温
度（′Ｆ゛ とする）を演算算出する。この場合、演算
器２６は、以下のようにして設定温度Ｔ゛をめる。ここ
で第５図は、ガス圧力と設定温度Ｔ゛の関係を示し、こ
れは第３図ａのガス圧力と前記吸熱用ヒータ３の破壊温
度から決定されたものである。前記演算器２６では、入
力される信号に基づいて、第５図の関係になるように、
予め容易された演算式を使用して解をめる方法、あるい
は各変数に対応して予めテーブルとして記憶されている
解を参照して該当する解をめる方法等を使用して設定温
度Ｔ″は、前記温度調節器１７に供給される。
１図の各部に対応する部分には、同一の符号がイ」シで
ある。第４図において、圧力センサ２４、変換器２５．
演算器２６が、新たに設けられたものであり、前記圧力
センザ２４で検出して得られた圧力を前記変換器２５で
信号に変換し、前記演算器２６で前記変換器２５から送
られてきた信号に基づいて前記吸熱用ヒータ３の設定温
度（′Ｆ゛ とする）を演算算出する。この場合、演算
器２６は、以下のようにして設定温度Ｔ゛をめる。ここ
で第５図は、ガス圧力と設定温度Ｔ゛の関係を示し、こ
れは第３図ａのガス圧力と前記吸熱用ヒータ３の破壊温
度から決定されたものである。前記演算器２６では、入
力される信号に基づいて、第５図の関係になるように、
予め容易された演算式を使用して解をめる方法、あるい
は各変数に対応して予めテーブルとして記憶されている
解を参照して該当する解をめる方法等を使用して設定温
度Ｔ″は、前記温度調節器１７に供給される。
第１図は、従来のスターリングエンジンの構成図、第２
図は、一般的な吸熱用ヒータに使用する金属の引張り強
度と温度の関係を示すグラフ、第３図は、設定温度およ
びガス圧力と吸熱用ヒータ破壊温度の関係を示すグラフ
、第４図は、この発明の−・実施例を示す構成図、第５
図は、同実施例におりるガス圧力と設定温度の関係を示
す特性図、そして第６図は、増圧時に伴う吸熱用ヒータ
の管壁温度の変化を示した図である。 １・・・膨張空間、２・・・圧縮空間、３・・・吸熱用
ヒータ、４・・・Ｍ熱器、５・・・放熱器、６・・・燃
焼空間３７・・・ポンプ、８・・・ラジェータ、９・・
・膨張シリンダ、１０・・・膨張ピストン、１１・・・
圧縮シリンダ、１２・・・圧縮ピストン、１３・・・ピ
ストンロッド、１４・・・ピストンロッド、１５・・・
クランクシャフト、１６・・・熱電対、１７・・・温度
調節器、１８・・・空気流量調整弁、１９・・・ヘルド
、２０・・・ブロア、２１・・・空燃比制御器、２２・
・・噴霧ノズル、２３・・・圧力制御器、２４・・・圧
力センサ、２５・・・変換器、２６・・・演算器 特許出願人 １イレシＷ４准林式会社 代表者中井令夫 第１図 ｑ。 第２図 Ｐ（力”ＸＬ＋’７） ｐ（ガスＬカン第４ｇ
図は、一般的な吸熱用ヒータに使用する金属の引張り強
度と温度の関係を示すグラフ、第３図は、設定温度およ
びガス圧力と吸熱用ヒータ破壊温度の関係を示すグラフ
、第４図は、この発明の−・実施例を示す構成図、第５
図は、同実施例におりるガス圧力と設定温度の関係を示
す特性図、そして第６図は、増圧時に伴う吸熱用ヒータ
の管壁温度の変化を示した図である。 １・・・膨張空間、２・・・圧縮空間、３・・・吸熱用
ヒータ、４・・・Ｍ熱器、５・・・放熱器、６・・・燃
焼空間３７・・・ポンプ、８・・・ラジェータ、９・・
・膨張シリンダ、１０・・・膨張ピストン、１１・・・
圧縮シリンダ、１２・・・圧縮ピストン、１３・・・ピ
ストンロッド、１４・・・ピストンロッド、１５・・・
クランクシャフト、１６・・・熱電対、１７・・・温度
調節器、１８・・・空気流量調整弁、１９・・・ヘルド
、２０・・・ブロア、２１・・・空燃比制御器、２２・
・・噴霧ノズル、２３・・・圧力制御器、２４・・・圧
力センサ、２５・・・変換器、２６・・・演算器 特許出願人 １イレシＷ４准林式会社 代表者中井令夫 第１図 ｑ。 第２図 Ｐ（力”ＸＬ＋’７） ｐ（ガスＬカン第４ｇ
Claims (1)
- 吸熱用ヒータの管壁温度を温度調節器、空気流量調整弁
及び空燃比制御器を用いて制御する温度制御ループを備
え、スターリング機関に使用された作動流体のガス圧力
に応じて前記吸熱用ヒータの設定温度を算出する演算器
を有し、前記演算器で算出された設定温度信号を、前記
温度制御ループの前記温度調節器に入力し、前記温度調
節器が前記吸熱用ヒータの管壁温度を前記設定温度に制
御するようにして成るスターリング機関の温度制御方法
。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231126A JPS60122255A (ja) | 1983-12-07 | 1983-12-07 | スタ−リング機関の温度制御方法 |
| US06/679,451 US4768341A (en) | 1983-12-07 | 1984-12-07 | Temperature control system for stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231126A JPS60122255A (ja) | 1983-12-07 | 1983-12-07 | スタ−リング機関の温度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60122255A true JPS60122255A (ja) | 1985-06-29 |
| JPH0129983B2 JPH0129983B2 (ja) | 1989-06-15 |
Family
ID=16918688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58231126A Granted JPS60122255A (ja) | 1983-12-07 | 1983-12-07 | スタ−リング機関の温度制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4768341A (ja) |
| JP (1) | JPS60122255A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6220658A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Toshiba Corp | スタ−リングエンジンのヒ−タ制御装置 |
| US20100327587A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Chin-Kuang Luo | Fuel gas generator |
Families Citing this family (30)
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| US6705081B2 (en) | 1997-07-15 | 2004-03-16 | New Power Concepts Llc | System and method for sensor control of the fuel-air ratio in a burner |
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