JPS60142040A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS60142040A
JPS60142040A JP25088483A JP25088483A JPS60142040A JP S60142040 A JPS60142040 A JP S60142040A JP 25088483 A JP25088483 A JP 25088483A JP 25088483 A JP25088483 A JP 25088483A JP S60142040 A JPS60142040 A JP S60142040A
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JP
Japan
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working medium
piston
displacer
working media
space
Prior art date
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Pending
Application number
JP25088483A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Inota
猪田 憲一
Motohiro Takiuchi
滝内 基弘
Terumaru Harada
照丸 原田
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS60142040A publication Critical patent/JPS60142040A/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
    • F02G1/0435Hot 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 the engine being of the free piston type
    • 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
    • F02G1/045Controlling
    • F02G1/05Controlling by varying the rate of flow or quantity of the working gas
    • 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
    • F02G2243/24Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder with free displacers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (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】 産業上の利用分野 本発明はスターリング機関、特にその制御に関するもの
である。
従来例の構成とその問題点 第1図は、従来のスターリング機関の概略の構成を示す
図である。1は密閉容器で、その中に作動媒体が封入さ
れている。2は作動媒体を加熱する為の加熱器、3は作
動媒体を冷却する為の冷却器、4は再生器である。6は
密閉容器1の内壁と狭いすきまを保って密閉容器1内を
」二下方向に運動可能なように設けられているディスプ
レーサ、6は密閉容器1の内壁に固定されている支持部
品であって7はディスプレーサ6の一部分であるディス
プレーサロッド8が摺動しながら上下方向に運動可能な
ように設けられている。9は密閉容器1の内壁と摺動自
在に上下方向に運動可能なように設けられているピスト
ン、10はその一端が密閉容器1の内壁に固定され、他
端がピストンeに固定され、ピストン9の運動によって
ピストン9から仕事をされるリニアオルタネータ、圧縮
機。
ポンプ等の負荷である。
以下に従来例の作用について説明する。
ディスプレーサ6が下方に下がると、圧縮空間11の体
積は減少し、膨張空間12の体積は増加する。
その為、圧縮空間11の圧力は膨張空間12の圧力より
高くなり、この差圧によって、圧縮空間11および冷却
器3の中にある低温の作動媒体は再生器4.加熱器2を
通って膨張空間12の方へ流れていく、このとき作動媒
体は再生器4および加熱器2によって加熱される、そし
て再生器4は逆に冷却される。このようにして低温の作
動媒体が加熱されるため、圧縮空間112通路13.冷
却器3、再生器4.加熱器22通路14.膨張空間12
を合わせた作動空間の圧力が高くなり、ピストン9を引
下げる。このときピストン9は負荷1Qに対して仕事を
する。一方デイスプレーサ6が下がり続けるとガススプ
リング16の圧力が次第に増加し、ついには、ディスプ
レーサ6は下がるのが止徒り今度は逆に上昇を始める。
ディスプレーサ6が上昇すると、今度は、圧縮空間11
の体積は増加し、膨張空間120体積は減少する。その
為、膨張空間12の圧力は圧縮空間11の圧力より高く
なり、この差圧によって、膨張空間12および加熱器2
の中にある高温の作動媒体は再生器4゜冷却器3を通っ
て圧縮空間11の方へ流れていく。
このとき作動媒体は再生器4および冷却器3によって冷
却される、そして再生器4は逆に加熱される。このよう
にして高温の作動媒体が冷却される為、作動空間の圧力
が低くなり、ピストン9を引上げる。このときピストン
9は負荷10に対して仕事をする。
一方、ディスプレーサ5が上がり続けるとガススプリン
グ15の圧力が次第に減少し、ついには、ディスプレー
サ6は上がるのが止まり、今度は逆に下降を始める。
以上述べたような−1わりの過程に於て、作動媒体は加
熱器2によって得た熱の一部を負荷10に対する仕事に
使い、また一部を冷却器3にすてるのである。
ととるで、従来はピストン9およびディスプレーサ5の
周波数を変える場合、密閉容器12内の作動媒体の平均
圧力を変化させて行っていた。
その−例は密閉容器1の外に作動媒体の貯蔵ボンベ、作
動媒体の圧縮機、弁装置を設け、密閉容器1内の平均圧
力を上げるときは、貯蔵ボンベ内の作動媒体を圧縮機て
密閉容器12内に圧送17、逆に密閉容器1内の平均圧
力を下げるときは、弁装置を切換えて、密閉容器1内の
作動媒体を作動媒体の貯蔵ボンベの方へ抜いてやる方法
であった。
しかしながら、この方法では、圧縮機弁装置等が必要と
なり、これら圧縮機、弁装置から作動媒体がもれ易いと
いう欠点があった。
発明の目的 本発明は、以上述べたような従来のスターリング機関の
欠点を解消し、もって、もれがないスターリング機関の
制御方法を提供しようとするものである。
発明の構成 本発明は密閉容器内の作動媒体を気相状態から固相状態
にするだめの手段を設け、ピストンの運動の周波数を調
節するものである。
実施例の説明 以下、本発明の構成について説明する。
16は密閉容器でその中に沸点の高い作動媒体へと作動
媒体Aより沸点の低い作動媒体Bが封入されている。1
8は作動媒体を加熱する為の加熱器、17は作動媒体を
冷却する為の冷却器、19は再生器である。20は圧縮
空間、21.22は流路、23は膨張空間、24はガス
スプリング、25は密閉容器16の内壁と狭いすきまを
保って密閉容器16内を上下方向に運動可能なように設
けられているディスプレーサ、26は密閉容器16の内
壁に固定されている支持部品、27はディスプレーサ2
6の一部分であるディスプレーサロッド28が摺動しな
がら上下方向に運動可能なように構成されている支持部
品26−の軸受部、29は密閉容器16の内壁と摺動自
在に上下方向に運動可能々ように設けられているピスト
ン、30はその一端が密閉容器16の内壁に固定され、
他端がピストン29に固定され、ピストン29の運動に
よってピストン29かも仕事をされる圧縮機、ボンダ等
の負荷である。
また31は冷却剤を流す為の管、32はピストン29に
取付けられた円錐台上の金属部品、33は金属部品32
との距離に比例した電圧出力を発生する変位計、34は
変位計33の出力電圧からピストン29の周波数を検出
し、所定の周波数より低いときは、弁35の開度を大き
くして冷却剤の流量を増加させ、逆に、所定の周波数よ
り高いときは、弁36の開度を小さくして、冷却剤の流
量を減少させる制御装置である。
次に動作説明を行う。発明の構成の所で述べたように、
密閉容器16内にはチッソN2.ヘリウムHe等の沸点
の高い作動媒体Aと水H2O等の沸点の低い作動媒体B
が封入されている。密閉容器16内の作動媒体Aおよび
作動媒体Bが存在する空間に於て−特に述べる所以外で
は作動媒体Aおよび作動媒体Bは気相で存在する。丑だ
バウンススペース3了底部には作動媒体Bが大半を占め
る液相が存在する。
ディスプレーサ25が下方に下がると、圧縮空間20の
体積は減少し、逆に膨張空間230体る1〔は増加する
。その為圧縮空間20の圧力は膨張空間23の圧力より
高くなり、この差圧によって、圧縮空間20および冷却
器17の中にある低温の作動媒体Aと作動媒体Bの混合
した作動媒体(以下混合作動媒体と称する)は再生器1
9.加熱器18を通って膨張空間23の方へ流れていく
、このとき混合作動媒体は再生器19および加熱器1B
によって加熱される。そして再生器19は逆に冷却され
る。このようにして低温の混合作動媒体が加熱される為
、圧縮空間207通路21.冷却器17゜再生器19.
加熱器182通路22.膨張空間23を合わせた作動空
間の圧力が高くなり、ピストン29を引下げる。このと
きピストン29は負荷30に対して仕事をする。一方デ
イスプレーサ25が下がり続けるとガススプリング24
の圧力が次第に増加し、ついには、ディスプレーサ25
は下がるのが止まり今度は逆に上昇を始める。
ディスプレーサ26が上昇すると、今度は、圧縮空間2
0の体積は増加し、膨張空間23の体積は減少する。そ
の為、膨張空間23の圧力は圧縮空間20の圧力より高
くなり、この差圧によって、膨張空間23および加熱器
18の中にある高温の混合作動媒体は再生器19.冷却
器17を通って圧縮空間20の方へ流れていく、このと
き混合作動媒体は再生器19および冷却器1Tによって
冷却される、そして再生器19は逆に加熱される。
このようにして高温の混合作動媒体が冷却される為、作
動空間の圧力が低くなり、ピストン29を引上げる。こ
のときピストン29は負荷4oに対して仕事をする。
一方、ディスプレーサ26が上がり続けると、ガススプ
リング24の圧力が次第に減少し、ついには、ディスプ
レーサ24は上がるのが正寸り、今度は逆に下降を始め
る。
以上述べたようなまわりの過程に於て、混合作動媒体は
加熱器18によって得た熱の一部を負荷に対する仕事に
変え、また一部を冷却器17にすてるのである。
ところで、ピストン29が所定の周波数より低い周波数
で振動していると、弁36の開度は大きく々る。そうす
ると、ガススプリング24内の者31の表面温度が下が
り、管31の表面にある主として高沸点の作動媒体の固
相の体積が増加する。この為にガススプリング24内の
作動媒体の気相が占める体積が減少し、その結果、ガス
スプリング24のばね定数が増加し、ディスプレーサ2
5およびピストン29の振動の周波数が増大する。
また逆に、ピストン29が所定の周波数より高い周波数
で振動していると、弁315の開度は小さく々る。そう
すると、ガススプリング24内の管31の表面温度が上
がり、管31の表面にある。主として高沸点の作動媒体
の固相の体積が減少する。
この為にガススプリング24の作動媒体の気相が占める
体積が増加し、その結果、ガススプリング24のばね定
数が増加し、ディスプレーサ26およびピストン29の
周波数が増大する。
このようにしてピストンおよびディスプレーサの周波数
を常に一定の値に保つことができる。しかも、ガススプ
リング内のガスの冷却は、管の管壁を介しておこなって
いるので、従来の圧縮機。
弁装置2作動媒体の貯蔵装置を使用する方法に比べ、作
動媒体がもれる心配がない。
なお、上記実施例においては2種の作動媒体を用いてい
るが、たとえば炭酸ガス一種でもよい。
発明の効果 以上述べたように、本発明は従来のスターリング機関の
ように、周波数を制御する装置から作動媒体がもれる事
がない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスターリング機関の概略%構成図、第2
図は本発明の一実施例のスターリング機関の概略構成図
である。 16・・・・・・密閉容器、18・・・・・加熱器、1
7・・・・・・冷却器、19・・・・・・再生器、25
・・・・・・ディスプレーサ、29・・・・・・ピスト
ン、24・川・・ガススプリング、31・・・・・・管
、36・・・・・・作動媒体の液相部分、33・・・・
・・変位計、34・・・・・・制御装置、36・・・・
弁。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名a%
1図 第2図 3

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)密閉容器と、前記密閉容器内に封入された作動媒
    体と、前記作動媒体の加熱手段と、前記作動媒体の冷却
    手段と、前記加熱手段により前記作動媒体に加えられる
    熱の一部を仕事に変える手段と、前記密閉容器内の作動
    媒体を気相状態から固相状態にするだめの手段を有する
    スターリング機関。
  2. (2)密閉容器内の作動媒体を気相状態から同相状態に
    するだめの手段を、前記密閉容器の壁を冷却する手段に
    よって構成した特許請求の範囲第1項記載のスターリン
    グ機関。
  3. (3)作動媒体を沸点の異る2種類以上の成分の混合し
    た物とした特許請求の範囲第1項記載のスターリング機
    関。
  4. (4)作動媒体に加えられる熱の一部を仕事に変える手
    段を、前記密閉容器の内壁に摺動自在に設け1引f7ピ
    ストン〉ピストンに祷械的に結合されだ負荷によって構
    成すると共に、前記ピストンの運動に応じて前記作動媒
    体の固相部分の体積を調節する手段を設けた特許請求の
    範囲第1項記載のスターリング機関。
JP25088483A 1983-12-28 1983-12-28 スタ−リング機関 Pending JPS60142040A (ja)

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JP25088483A JPS60142040A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 スタ−リング機関

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JP25088483A JPS60142040A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 スタ−リング機関

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JPS60142040A true JPS60142040A (ja) 1985-07-27

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JP25088483A Pending JPS60142040A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 スタ−リング機関

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655120A1 (en) * 1992-08-20 1995-05-31 Sunpower, Inc. Variable spring free piston stirling machine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655120A1 (en) * 1992-08-20 1995-05-31 Sunpower, Inc. Variable spring free piston stirling machine
EP0655120A4 (en) * 1992-08-20 1997-12-10 Sunpower Inc FREE-PISTON STIRLING MACHINE WITH VARIABLE SPRING.

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