JPS60204950A - スタ−リングエンジンの原理による高温ガスエンジン - 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】 産業上の利用分野 本発明は、プロセスガスで満たされるシリンダ空間に作
動ピストンおよび変位ピストンが相対して縦移動可能に
設けられ、シリンダ空間に対応した再生器と、ピストン
と摩擦結合された伝動装置とを持つ、スターリングエン
ジンの原理による高温ガスエンジンに関する。

従来の技術 スターリングサイクルによって作動するエンジンは既に
公知である。この作動原理は、オツトーおよびディーゼ
ルエンジンの原理と同じように、プロセスガスが低温で
圧縮され、続いて高温で膨張するということに基づく。

最後に述べた両エンジンとは異なり、スターリングエン
ジンの場合はプロセスガスが内部燃焼によって加熱され
るのではなくて、熱が外部からプロセスガスに供給され
るので、このエンジンによって温度差を機械的仕事に変
換することができる。

最初に挙げた種類のスターリングエンジンは、文献（ヴ
エー・カリーデ；　「原動機および作業機械におけるエ
ネルギー変換Ｊ、１７８−１８１頁、＋９８２）から公
知である。この公知のスターリングエンジンは再生器を
持っており、この再生器はシリンダ空間の外部に設けら
れかつ通路を介してシリンダ空間の高温および低温範囲
と接続されている。さらに公知の文献個所から分かるよ
うに、最新の構造様式のスターリングエンジンは大抵１
気筒エンジンとして考案されかつしばしは菱形伝動装置
を備えており、これらの菱形伝動装置が、サイクルの実
現のために必要な作動ピストンおよび変位ピストンの運
動経過を制御する。

発明の目的 発明の基礎になっている諜頌は、特許請求の範囲３１ｇ
１項の酌提部分による高温ガスエンジンを改良して、こ
の高温ガスエンジンが一方ではできるだけ簡単な構成を
持ち、他方では明確な出力上昇を許容するようにするこ
とである。

目的を達成するための手段 このｍ題は本発明によれば特許請求の範囲第１項の特徴
部分によって解決される。上述の課頌を顧慮した本発明
による高温ガスエンジンの別の有利な構成が、特許請求
の範囲第２項ないし第７項に記載されている。

本発明による高温ガスエンジンは、機械的損失がほんの
僅かであるという利点を持っている。

同時に、プロセスガスの内部圧力を上昇させ、それによ
ってサイクルを付加的エネルギー消費なしに一層高い圧
力範囲に移し、すなわち効率をさらに高めることも可能
になる。さらに特許請求の範囲第２項に記載されている
ように、歯車伝動装置が、プロセスガスで満たされた範
囲の内部に設けられているならば、プロセスガスを密封
するために、伝動装置出力を発生する軸の唯１つの摺動
環密封片しか必要とされない。

実施例 図面に示された実施例について本発明を以下に詳細に説
明する。

図面において同じ構成部材は同じ符号が付けられている
。

第１図に示された装置は、スターリングサイクルによっ
て作動する２つのエンジン単位体であり、これらのエン
ジン単位体は水平対向エンジンのように１つの集合体に
まとめられている。

共通のシリンダハウジング１０の中に、まず共通のピス
トン棒１１の端部に取り付けられた２つの作動ピストン
１２および】３が設けられている。ピストン棒１１も作
動ピストン１２および１３も、第３図ないし第５図から
一層明確に分かるように、それぞれ中心の貫通孔を持っ
ている。

これらの貫通孔は、これらの貫通孔の中で縦移動可能に
保持された第２のピストン棒１４を持っており、このピ
ストン棒は作動ピストン１２および１３のピストン棒１
１より長くかつ端部に２つの変位ピストン１５または１
６を支持している。本発明によれば、公知のスターリン
グエンジンでは外部に設けられている再生器の代りに、
これらの変位ピストン（１５，１６）が再生器として構
成されているので、シリンダ空間の外部の付加的通路は
プロセスガスにとって必要でない。

変位ピストンまたは再生器ピストンの内部溝凸体は、供
給された熱を蓄熱するための熱海綿から成る。

ハウジング１０の内部に、さらに同じように構成された
２つの歯車伝動装置１７が設けられており、その一方の
歯車伝動装置が図面の第１図に示されているが、−力水
された平面図においてピストン棒１１および１４の後ろ
に配置された第２の歯車伝動装置はここに図示されてい
ない。両方の歯車伝動装置が適切な同期化装置によって
互いに結合されている。

各歯車伝動装ｆｌｌ＋７は、ハウジング１０内に固定的
に取付けられた内歯付き歯車１８と、この歯車１８に設
けられた外歯付き回転歯車１９とから成る。この回転歯
車は、図面にボされていないスペーサを介して駆動軸２
０に枢着されているので、歯車１８の内部で回転する。

両方の歯車１８．１９の直径は２対ｌの割合に選ばれて
いるので、歯車１８内で歯車１９が回転する際小さい方
の歯車１９の周囲にある１点が大きい方の歯車】８の直
径に沿ってスライダクランク伝動装置のように直線状の
往復運動を行なう。このことは、作動ピストン１２およ
び＋３のピン２１を介して点１で歯車１９に枢着された
ピストン棒１１が、案内ビン２２を介して、同じに構成
された第２の歯車伝動装置の対応した回転歯車に枢着さ
れかつ再生器ピストン１５および１６を支持しているピ
ストン棒１４と同じく純粋な直線運動を行なうことを意
味する。この場合案内ビン２２はピストン棒＋１の長穴
状の切欠き２３の中に移動可能に設けられているので、
両方のピストン棒１１または１４が互いに相対運動を行
なうことができる。ここに示されている本発明の好まし
い実施例では、案内ビン２２が対応した歯車伝動装置に
枢着されているので、ピストン棒１４の運動のためにピ
ストンｓ１１の運動に対して、ピストン棒１４が進む４
５°に一致する１／４の移相が生ずる。

個々のシリンダ空間２４，２５．２６および２７から成
るハウジング１０の内部と、作動ピストン１２および１
３の間にあって両方の歯車伝動装置を間に置いた伝動装
置空間２８とが、圧力を加えられているプロセスガスで
満たされている。このガスへ両方の端面の加熱範囲２９
および３０を介して外部から熱を供給することができ、
範囲３１および３２は冷却のために用いられる。冷却お
よび加熱範囲は付属の再生器ピストンによって互いに分
離され、この再生器ピストンは同時に、内部にある熱海
綿によって、供給された熱の一部を蓄熱しかつこの熱を
作動ピストンの作勤行程の開始時に再びプロセスガスに
与えることができる。

本発明による高温ガスエンジンの上述の構凸設計によっ
て得られるシリンダ空間内の作動ピストン（第２ｂ図破
線）および再生器ピストン（第２ｂ図実線）の運動経過
が、第２８図ないし第２ｃ図に示されている。第２ａ図
はピストン１３および１６の運動経過を丞し、第２ｃ図
はピストン１２および１５の運動経過を示しており、第
２ｂ図は両方のピン２１および２２の運動の周期を示し
ている。

分かるように、位！＋によるピストン位置はエンジンの
第１図に示された断面図のピストン位置に一致する。第
２ｄ図において大体位置３から圧縮段階が始まり、この
圧縮段階には大体位置５から膨張段階すなわち作勤行程
が続く。

第２のシリンダ内の運動経過を示す第２ｃ図では、これ
らの両段階が時間的にすれているので、エンジンの静か
な運転および均一な駆動出力に関する最適跋態が生ずる
。

両方のシリンダにおいて運動経過は、プロセスガスの圧
縮が放熱しながら行なわれ、プロセスガスの膨張は外部
の熱源により同時にエネルギーの供給を受けながら行な
われるように選ばれている。こうしてスターリングエン
ジンの原理により所望の駆動出力が発生される。プロセ
スガスで満たされたハウジング１０を密封するために、
出力を発生する軸２０に摺動環密封片が使用され、この
場合伝動装置は前述の駆動装置のように唯１つの回転す
る密封片しか必要としない。それによって、効率を高め
るためにシリンダ空間を強く圧縮されたプロセスガスで
満たしてサイクルを一層高いレベルに移すことができ、
しかもこのために付加的エネルギーが消費される必要は
ない。

本発明による高温ガスエンジンを作動ピストンと再生器
ピストンとを持つ唯１つのシリンダから構成することが
でき、また前述した実施例の場合のように対向する２つ
のシリンダから構成することもできる。しかし複数のこ
の糠の単位体も、１つの駆動装置にまとめられて、共通
の軸に作用することができる。この踵の単位体を多方面
に使用することができ、例えば熱ポンプとしであるいは
点灯用発電機、送風機などのような補助機器を駆動する
ためのオツトーまたはディーゼルエンジンと結合して使
用することができるが、この場合は生ずる余熱を直接利
用することができる。

本発明によるスターリングエンジンは、太陽エネルギー
および杉エネルギーをも含めてどんな熱源でも利用する
ことができる、静かな、環境を損なわないニシジンであ
る。極めて重要な利点は、オツトーあるいはディーデル
原理とは異なりプロセスが反転可能であることに見られ
る。スターリングエンジンの駆動軸が機械的に駆動され
る場合は、シリンダに高温および低温側が生ずる。周囲
温度を持つ縛体が高温あるいは低温側へ供給されるかど
うかによって冷却機あるいは熱ポンプが生ずる。既述の
水平対向エンジンでは、例えば一方の側を熱供給および
冷却によりエンジンとして運転し、他方の側を冷却機と
して運転することが可能である。集合体は完全に容器に
入れられて作動することができるので、軸貫通の間顧は
無くなる。

有利な使用は、例えば完全に容器に入れられたスターリ
ング冷却機を持つ熱帯地方で可能であり、このスターリ
ング冷却機は日光の強度に応じて冷却出力を供給する。

この過程は日光の照射の際の冷却出力消費と平行して経
過する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高温ガスエンジンの断面図、第２
８図ないし第２ｃ図は第１図に示した装置の各部分の運
動経過を示す図、第３図および第４図は作動ピストンま
たは変位ピストンの詳細図、第５図はピストン棒の配置
を示す斜視図、第５８図ないし第５ｃ図はそれぞれ第５
図のａａ線、ｂ−ｂ線およびＣＣ線による断面図である
。 １２、１３・・・作動ピストン、１５．１６・・・変位
ピストン、１８．１９・・・歯車伝動装置特許出願人　
エルノ・ラウムファールトテヒニク・ゲゼルシャフト・
ミツト・ベシュレン Ｆｉｇ、　３　Ｆｉｇ、　Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　プロセスガスで満たされるシリンダ空間に作動ピス
   トンおよび変位ピストンが相対して縦移動可能に設けら
   れ、シリンダ空間に対応した再生器と、ピストンと摩擦
   結合された伝動装置とを持つ、スターリングエンジンの
   原理による高温ガスエンジンにおいて、変位ピストン（
   ＋５．　＋６）が再生器として構成され、伝動装置が、
   作動ピストン（１２，１３）および変位ピストン（１５
   ，１６）に対応せしめられスライダクランク伝動装置の
   ように構成された歯車伝動袋ｆｉｌ（１８，１９）から
   成ることを特徴とする、スターリングエンジンの原理に
   よる高温ガスエンジン。 ２　歯車伝動装置Ｈｓ、＋９）が、プロセスガスで満た
   された空間（２８）の内部に設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の高温ガスエンジン
   。 ３　対応した歯車伝動装置（１８，１９１におけるピス
   トン棒の枢着点が、その都度のピストン運動が約４５°
   の移相で経過するように選ばれていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の高温ガス
   エンジン。 ４　それぞれ２つの作動ピストン（１２，１３１および
   ２つの変位ピストン（＋５．　＋６）が共通のハウジン
   グ（１０）の中に水平対向エンジンのようにまとめられ
   ていることを特徴とする、待Ｎｆｆ求の範囲第１項ない
   し第３項のうち１つに記載の高温ガスエンジン。 ５　シリンダ空間（２４，２５，２６，２７）およびこ
   れらのシリンダ空間の間にある伝動装置空間（２８）が
   、容器に入れられた立体的単位体を形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の高温ガスエンジン
   。 ６　作動ピストン（１２，１３）の中空に穿孔されたピ
   ストン棒（１りが中間範囲に長穴状の切欠き（２３）を
   持ち、この切欠きに変位ピストン（１５，１６）のピス
   トン棒（１４）の側方ビン状突起（２２）が縦移動可能
   に支持され、この突起が変位ピストンに対応した歯車伝
   動装置と伝動結合していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第５項のうち１つに記載の高温ガスエ
   ンジン。 ７　変位ピストン（１５，１６１が、１熱する内部構造
   体（熱海ｉｌｉりを持っていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第６項のうち１つに記載の高温ガ
   スエンジン。