JPS60194288A - 等積,等温熱交換装置 - Google Patents

等積,等温熱交換装置

Info

Publication number
JPS60194288A
JPS60194288A JP4842184A JP4842184A JPS60194288A JP S60194288 A JPS60194288 A JP S60194288A JP 4842184 A JP4842184 A JP 4842184A JP 4842184 A JP4842184 A JP 4842184A JP S60194288 A JPS60194288 A JP S60194288A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
pistons
piston
equal intervals
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4842184A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Okamoto
岡本 光雄
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP4842184A priority Critical patent/JPS60194288A/ja
Publication of JPS60194288A publication Critical patent/JPS60194288A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D11/00Heat-exchange apparatus employing moving conduits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (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】 この発明は熱機関及び冷凍機に等積過程及び等温過程を
サイクルの構成に使える様にした装置に関する。
なわれるが、これを等積過程にすると、著しく熱効率が
改善される。例えば第1図のサイクル線図で、pを作業
ガスの圧力、Vを比体積とすると。
p−v座標に描かれるa、b、c、dというプレイトン
サイクルは、b−+cの等圧受熱をb−+6という等積
受熱過程に変更する事で9面積becに相当する仕事量
が増加し、その分熱効率が良くなる。
この様なサイクルの改編は等積式の熱交換機がなければ
不可能である。等積過程での加熱及び冷却は作業ガスの
圧力の変動を伴うので熱機関や圧縮機と同じ様なメカニ
ズムの要素が加わるが、第2図は等積加熱用の熱交換装
置の原理図である。
加熱シリンダー1は内部を等間隔に区切シ、その支切シ
壁2には通気孔10を設け、それには弁3が取付けられ
ている。ピストンロッド4には等間隔にピストン5が取
り付けられている。そのピストン5には通気孔9を設け
、弁6が用意されている。
弁3と弁6が交互に開閉し、ガスを入口8から吸入して
出口12の方へ1セクシヨンづつ移動して行く。
クランク軸7の回転速度は低速で、ガスが入口8から入
って出口12へ出て来る間に、シリンダー5の外部から
加熱される熱を充分受熱するだけの時間が得られる様な
速度にする。ゾリンター−6の外側には伝熱フィン14
を設け、・架構11内を通る加熱媒体の熱を効率良く受
熱出来る様にする。
入口8から入ったガスはシリンダー内を1セクシヨンづ
つ移動する過程で、外部から加熱され次第に温度が上昇
する。その場合ピストン5は等間隔で゛あるから、ピス
トンとピストンの間のガスは等容積が保たれるので、温
度の上昇と供にガスの圧力も上昇する。即ちシリンダー
1は全長にわたって同径である為、容積変化はないが、
温度変化によって圧力差が発生する。その圧力差は温度
差に比例し、各ピストンに掛るが、その総和は入口8、
と出口12のガスの圧力差である。その為このメカニズ
ムが熱交換の機能を果す為には、この圧力差に抗してシ
リンダー1内をガスが通過させるだけの仕事をクランク
軸7に供給する必要がある。そしてクランク軸7の回転
速度はガスの受熱ゝ速度によって決る事になるが、1本
のシリンダーでの受熱量は小さいので、第5図の様に多
数のシリンダーを並列に並べてブロック化し、更にその
ブロッ率を良くシ、受熱した熱媒体ガスの充分な流動量
を得る為には、シリンダー1の径を細くする代シに本数
を多くして、ランク軸7の回転速度を落さ麦くても熱交
換がスムースに行なわれる様に、伝熱面積を太きくシ、
シリング−1の断面積の総和。
即ちガスの流動断面積の総和を大きくして、充分な伝熱
時間が得られる低速流動でも目的の流量が、得られる様
な設計にする。
偏積冷却の場合はガスの入口の圧力が高く、出口が低く
なり、第2図の弁機構は使えないので第7図の様にする
。入口31から入ったガスはシリンダー16内を、ピス
トン21の1往復動毎に1セクシヨンづつ移動する方法
で、冷却しながら通過させるのけ等積加熱の場合と同じ
である。その場合1等間隔のピストンの間の等容積のガ
スは温度の低下と共に圧力が下って行く。
ピストン21にかかるガスの圧力差の総和は入口31と
出口32に於るガスの圧力差である。この圧力差がピス
トン21の左進の時にか\るとこれはクランク軸25に
回畠力を発生させる力として働く。
ガスが1セクシヨンづつ移動させるのは、ピストンロッ
ド18の中にある制御弁19の操作によって行なう。ピ
ストン2]の移動に伴うガスの移動はピストンロッド1
8にあけである通気孔23.24と制御弁19の切欠き
溝20.22を通して行なう。図8の場合は制御弁19
が第9図(イ)の位置にあり、ピストン21の前後のガ
スは通気孔24と切欠き溝20を通って移動するが、支
切り壁17を通してセクションからセクションへの移動
はしない。従ってピストン21の前後のガスの圧力は同
圧である。次に制御弁19の位置を第9図、(イ)のR
からLの位置へ角度を変えで(ロ)の位置にすると1通
気孔冴と切幾20の通路は閉じ1通気孔23と切欠き溝
22が通じる。この溝は第8図の様に支切り壁17を越
で通じる為に、ピストン21の移動はガスがセクション
から次のセクションへ通気孔23と切欠き溝22を通し
て移動する事を意味している。この場合はセクションに
よりてガスの温度が違い、圧力も違うので、ピストン2
1は圧力差の影響を受け、その力はクランク軸5へ伝え
られる。ガスが入口31から出口32へ通シ抜ける過程
は、制御弁19が第9図(イ)のRの位置でピストン2
1を右方向に移動し1次にLの位置に変て。
ピストン21を左方向に移動してガスを1セクション送
り、再びRの位置でピストン21を右へ戻すという行程
を繰返し行う事によって、lセクションづつ順次時間を
掛けて送られる間け2移動となる。
第10図は制御弁19の作動装置である。弁19の先端
に取シ付けられたレバー27を作動機29により、て切
シ換える。その場合多数のシリンダーの弁を同時((切
シ換える為に、各シリンダーの弁19に取付けられてい
るレバー27をアームあで連結して、そのアームを作動
機29が駆動する。第7図の装置が熱交換装置としての
機能を持つ為には等積加熱の場合と同じ様に架構26に
多数の第7図と同じ装置を装備し、ブロック化して、第
6図の場合と同じ様な方法で、クランク軸25に結合し
て作動させるが。
第10図の制御弁の作動装置は各ブロック毎に取り付け
られ、クランク軸25の回転角度と関連を持たせて1作
動機29が作動出来る様にする。
クランク軸邪の回転速度はガスがシリンダー16内を通
過する時間と関連があり、ガスの冷却状態によって調節
する事になるが、その回転は等積加熱の場合と異シ、出
力回転の速度を調節することになる。
等積冷却装置の原理はそのまX等温膨張装置に応用出来
る。第11図はその原理説明図である。等温変化の場合
は等種変化の場合と異りシリンダー33は1セクシヨン
毎に内径が段階的に異シ1等間隔にあるピストン34に
よって等量(等重量)に分割されたガスは、制御弁42
とピストン34の働きで1セクシヨンづつシリンダー3
3内を内径の小さい方から大きい方へ移動させる。
ガスは小径のシリンダーから大径のシリノタ゛−へ1セ
クシヨンだけ移る事になるので膨張行程となる。
次に制御弁42を第12図のLからRの位置に移すと通
気孔41と切欠き溝40が通じ1通気孔39と切欠き溝
38の通路はしゃ断されて、ピストン34は無負荷で左
進出来る。そして左道端で制御弁の位置を再びRからし
の位置に戻すと、ガスは再び支切り壁を越えて、ピスト
ン34の右進と共に1セクシヨンだけ移動する。この時
ピストンとピストンの間にあるガスは同圧となるが、小
径ピストン34 Sと大径ピストン34Lの表面にか\
る圧力は同じでも。
受圧面積が異るので、力は右方向が勝シ、ピストンは右
方向に押され、その力はピストンロッド35からクラン
ク軸36に伝えられて1回転力を発生する。
この膨張過程ではガスの温度が低下するので1等温を保
つ為に外部から加熱する。伝熱フィン46は架構45内
を流れる加熱用の熱媒体からの受熱効果数のシリンダー
を架構45にセットする方法でブロックを形成するのけ
等積冷却の場合と全く同じである。そして制御弁42を
作動させるメカニズムは第10図の方式をそのま\使い
、複数のブロックの出力をクランク軸36に伝え1円滑
な回転力を得る為に各ブロックの作動位相をクランク軸
36イ等分割角度に合せる。
クランク軸36の回転速度は等積冷却の場合と同じくガ
スの等温が保っている状態によって決る。
等温圧縮の場合は第2図の場合と同じ機構となり。
シリンダー48の内径が段階的に異る装置になる。
ピストン48と支切り壁47には通気孔50.51があ
けてアシ、それには弁52.53が設けてあって、ピス
トン49が往復動をすると2ポンプ作用によってガスは
入口58から吸入され、lセクションづつ送られ、出口
59から押し出される。ピストン49Fi等間隔で、ス
トロークは同じであるから、ピストンとピストンの間に
ちるガスの重量は同じである。同じ量のガスが体積の大
きいシリンダーから小さいシリンダーへ次第に移送され
て行くということはガスが圧縮されて行くことを意味す
る。その圧縮比は最大径と最小径の比である。この圧縮
には発熱を伴うので伝熱フィン56から架構57内を流
れる冷却媒体に放熱されて、ガスは等温を保ちながら段
階的に移動して、シリンダー48を通過した点で目的の
圧縮比に達する。この等温圧縮の装置は原理上第5図と
同じ様に架構57に多数のシリンダーをセットしてブロ
ック化し、それを複数集めて一本のクランク軸54で駆
動する第15図の様な装置にするのが理想的である。そ
して等温圧縮も外部から駆動々力の供給を必要とする。
熱媒体ガスを状態変化させる場合1等積変化2等温変化
をするには熱の出入の外に力学的仕事の出入りがある。
熱だけが出入シするメカニズムとしては熱交換器やボイ
ラー等、力学的仕事だけの出入りでは圧縮機やタービン
等のメカニズム等で実用化されているが2両方が同時に
出来るメカニズムは存在しない。
ここに述べた発明はその両方が出来るもので1等積加熱
、冷却、及び等温膨張、圧縮のいずれの場合も、連続的
に熱媒体ガスの状態変化が出来、装置の一方の口から流
入した熱媒体ガスは所定の状態変化をして、他方の口か
ら流出するメカニズムになっている。これはこの装置と
この他の装置やメカニズム、例えば圧縮機や膨張機、或
は熱交換器と組み合せて2種々の冷凍機関や熱機関のシ
ステムを組むことが出来る事を意味する。
等温変化や等種変化過程をこの様に現実のメカニズムに
することが出来ると、従来工学的にその実在は有シ得な
いとされていた熱機関サイクルや冷凍サイクル(例えば
カルノーザイクルや逆カルノーサイクル等)を実用機関
にすることが可能になる。従ってこの発明によって、外
燃機関や冷凍機関の分野で熱効率や作動効率を飛躍的に
高めることが出来る新しい方法が見出されたことになる
【図面の簡単な説明】
第1図、プレイド/サイクルのpv線図。第2図。 等積加熱装置作動原理図。第3図、弁機構説明図。 第4図、A−A断面図。第5図1等積加熱装置ブロック
図。第6図、プロ、り作動装置図。第7図。 等積冷却装置作動原理説明図。第8図、制御弁説明図。 第9図、B−B断面の通気孔と切欠き溝の図、D−D断
面の通気孔と切欠き溝の関係図。第13図2等温膨張ブ
o +7り作動装置図。第14図1等温圧縮原理説明図
。第15図1等温圧縮ブロック作動装置図。 p、ガスの圧力。V、ガスの比体積。a、b、c。 d、 e、はサイクル線図の符号。 1、等積加熱シリンダー。2.支切り壁。3.弁。 4、ピストンロフト。5.ピストン。6.弁o’y。 クランク軸。8.ガス入口。91通気孔。102通気孔
。11.架構。12.ガス出口。13.加熱媒体用ド。 19.制御弁。20.切欠き溝。21.ピストン。 22、切欠き溝。232通気孔。242通気孔。25.
クランク軸。26.架構。27.レノ(−028+ 7
−ム。 29、制御弁作動機。30.冷却フィン。31.ガス人
口。32.ガス出口。335等温膨張シリンダー。 34、ピストン。34S、小径ピストン。34L、大径
ピストン。35.ピストンロッド。36.クランク軸。 37、支切シ壁。38.切欠き溝。391通気孔。40
゜切欠き溝。412通気孔。42.制御弁。43.ガス
人口。44.ガス出口。45.架構。46.連結板04
7゜支切壁。481等温圧縮シリンダー。49.ピスト
ン。 50、通気孔。512通気孔。52.弁。53.弁。5
4゜クランク軸。55.ピストンロッド。56.伝熱フ
イ/。57.架溝。58.ガス入口。59.ガス出口。 特許出願人 岡 本 光 雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 等間隔に区切ったシリンダー内にある等間隔のピス
    トンによって、ガスが等量づつに分割され1区切られた
    シリンダーを1セクシロンづつ移動させる過程で冷却又
    は加熱して、ガスに等積置化、又は等温変化を起させる
    様にする装置0 2、 内径が均一で2等間隔に区切った伝熱シリンダー
    1又は拓内にあるピストン5又は21の作動によって、
    ガスが等体積を保ちつつ1セクシヨンづつ移動させられ
    る過程を冷却又は加熱して、ガスに等容積のもとて状態
    変化を起させる特許請求範囲第1項記載の等積加熱及び
    等積冷却をする装置。 3、 内径を多段階に変た伝熱シリンダー33又は48
    内のピストンU又は49の作動によって1等間隔に区切
    られたセクションを9等、量に分割されたガスが1セク
    シヨンづつ通過させられる過程で、圧縮と冷却及び、膨
    張と力i熱が出来る様にした特許請求範囲第1項記載の
    等温冷却及び等温加熱をする装置。
JP4842184A 1984-03-14 1984-03-14 等積,等温熱交換装置 Pending JPS60194288A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4842184A JPS60194288A (ja) 1984-03-14 1984-03-14 等積,等温熱交換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4842184A JPS60194288A (ja) 1984-03-14 1984-03-14 等積,等温熱交換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60194288A true JPS60194288A (ja) 1985-10-02

Family

ID=12802852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4842184A Pending JPS60194288A (ja) 1984-03-14 1984-03-14 等積,等温熱交換装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60194288A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1933006A1 (de) * 2006-12-14 2008-06-18 Richard Weiss 3-,5-,7-,9-,11-usw. Kammerzylinder-Konstruktion (Erweiterung möglich bis zur Materialfestigkeit)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1933006A1 (de) * 2006-12-14 2008-06-18 Richard Weiss 3-,5-,7-,9-,11-usw. Kammerzylinder-Konstruktion (Erweiterung möglich bis zur Materialfestigkeit)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5269147A (en) Pulse tube refrigerating system
US4148195A (en) Liquid piston heat-actuated heat pump and methods of operating same
US9494107B2 (en) Thermodynamic machine
GB1339956A (en) Method and device for hot gas engine or gas refrigeration machine
WO2014005229A1 (en) Temperature management in gas compression and expansion
US4333755A (en) Cryogenic apparatus
US5214923A (en) Vuilleumier heat pump
US4455826A (en) Thermodynamic machine and method
US4335579A (en) Refrigerating system
US5343704A (en) Double-headed and swash plate type stirling engine
US5335506A (en) Regenerative heat pump
JPS60194288A (ja) 等積,等温熱交換装置
US7114334B2 (en) Impingement heat exchanger for stirling cycle machines
CA1187294A (en) Hermetic resonant piston stirling engine compressor alternator having hydraulic coupling diaphragm
US4395881A (en) Stirling engine power control
CN110986415A (zh) 一种双效斯特林装置及其运行控制方法
JPS6256419B2 (ja)
JPH0336468A (ja) 冷却庫
JP2719293B2 (ja) 逆スターリングサイクルヒートポンプ
US4474003A (en) Gas compressor for a hot gas engine
JPH0518623A (ja) ブルマイヤーサイクル装置
RU2051287C1 (ru) Способ работы двигателя с внешним подводом тепла и двигатель с внешним подводом тепла
WO2005031141A1 (en) A heat engine or heat pump
KR200158974Y1 (ko) 벌마이어히트 펌프장치
GB2042157A (en) Closed heating or cooling system