JPS6042346B2 - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS6042346B2
JPS6042346B2 JP17778480A JP17778480A JPS6042346B2 JP S6042346 B2 JPS6042346 B2 JP S6042346B2 JP 17778480 A JP17778480 A JP 17778480A JP 17778480 A JP17778480 A JP 17778480A JP S6042346 B2 JPS6042346 B2 JP S6042346B2
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通雄 藤原
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Description

【発明の詳細な説明】 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ね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
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。
しカルながら、この機関に対する特許として特願昭52
−66805(特開昭52−153049)や実開昭5
2−30537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、構成が簡易で、熱応力等の発
生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、今だにこれといつた手法、
構成が開発されるに至つていない。
この発明は、これらの諸点にかんがみてなされたもので
、シリンダ等に発生する熱応力が小さく耐久性の高いス
ターリング機関を提供することを目的としている。
以下第1図〜第4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J熱性金属で作られ一端が閉じら
れた円筒形状の第1シリンダである。1aは上部に設け
られた加熱装置25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(KmLlhr.m)を加熱装置
25に近い側から下流に向つて、一定にするため伝熱面
積を小から大にした吸熱フィンで、1b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を有した形状である。第2図
に第1図のAN断面を矢側からみたシリンダ平断面図、
第3図に第2図中のBB″縦断面を矢側からみたシリン
ダ縦断面図を示し、上記第1シリンダ1、吸熱フィン1
a、放熱フィン1bの構成を示した。1c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つて耐腐食、耐
摩耗処理が施こされた第2シリンダてある。
5aは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冷却フィ
ンである。
5bは第2冷却フィン5aによつ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て均一化する流動水孔が複
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冷却フィン
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
ル方式によつてOリング等の弾性を有した気密装置4に
よつ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シくリング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5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1
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によつて
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
ダフランジ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シリングフランジ
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1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22と低温の動作空間23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潤滑性材料で作られた円環状の第1
摺動体10、気密体11を有し、その下部に複数個の流
通孔14を有し、さらに上記必要熱交換胴長さをへて最
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、ほぼ第1ピストン7の外径と等しく削り込
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12が装着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おいてステンレス、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13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ピストンヘッド部
7aの熱交換流路、流通孔1牡再生器室7c内、流通孔
13、第1ピストン摺動部7b部の複数個流路で構成さ
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
可能に構成して、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の往復運動は駆動機構21と第1ピスト
ンロッド15と第1ピストン7の連結が、送気ピストン
ロッド15のわたみ等によつて生じる送気ピストンロッ
ド15の中心軸の変位置及び軸の傾向き量を自在に調節
し得る自在継手装置16によつて行なうので、第1ピス
トン7が第2シリンダ5、第1シリンダ1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1
0,12や気密体11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。18は動力ピストンたる第2ピストン、19は
第2ピストン18の摺動と気密を目的とした気密摺動体
である。
20は送気ピストンロッド15の摺動と気密を目的とし
たロッドパッキンである。24は第2ピストン18の下
部側の空間、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21は、この機関のサイクルを成立せ
る為の駆動機構である。21は第2ピストン18と第1
ピストン7の往復運動を第2ピストン18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。
26は燃焼筒、27は燃焼室、28は第1シリンダ1の
外壁頭部近ぼうに加熱装置25からの加熱媒体(燃料と
燃焼用空気)の混合、分配を計るために混合板で、これ
によつて第1シリンダ1頭部は加熱媒体に直接さらされ
る事がなく、空気孔29、空気孔29aの開孔割合の選
択によつて第1シリンダ1の壁温をほぼ均一に可能とな
る。
30は第1シリンダ1加熱後の加熱媒体の排気孔てある
なお第4図に第1図のCC断面を矢側からみた平断面図
を示し、第5図に摺動体12の構造を示す。これら図に
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。以上のように構成された本実施
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、2シリンダ5を冷却水
によつて冷却すると同時に駆動機構21を何らかの始動
手段によつて始動する事によつて、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ほぼ均一となり、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
に有害な影響を与えにくい。またシリンダ胴その他の発
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
る寿命の低下を極力防げる。さらに第1シリンダから第
2シリンダ入の(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
壁から機関外への導熱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
の低減が耶来る。第6図はこの発明の他の実施例である
図において、100は熱交換フィンを持たない高温側動
作空間を形成する耐熱部材で作られた第1シリンダ、1
01は第1シリンダ100より少なくとも低温に保持さ
れ良熱伝導材料で作られた第2シリンダ、102は低温
側動作空間を形成する第3シリンダ、103は高温側ピ
ストン35は高温側ピストン103の摺動気密体、10
4君低温側ピストンで上記同様に摺動気密体35を装置
している。105は第2シリンダ101の下部のバッフ
ァー室24を連通する連通孔である。
32はシリンダ101,102、内に密閉された作業気
体を図示していない加熱装置の加熱媒体によつて間接加
熱可能な加熱部、34は作業気体の熱エネルギーを蓄熱
又は作業気体へ放熱可能な再生器部、33は作業気体を
間接的に加熱媒体によつて冷却するた”めの冷却部であ
る。
高温の動作空間22と低温の動作空間23は、加熱部3
2、再生器部3牡冷却部33を介して連通される構成で
ある。
31は第3シリンダ102と第2シリンダ101を気密
するための気密体.で第3、第2シリンダ102,10
1は完全に固定される。
又、図において、第1図と同一記号は同一な機能を有し
ており、この第6図の様に構成された複動形のスターリ
ング機関においても第1シリンダノ100と遊動フラン
ジ2と第2シリンダ101と気密装置4と冷却水ジャケ
ット6で構成するようなシリンダ取付方法によると、第
1シリンダ100に生じる熱応力を極めて小さく出来る
ので、第1図の実施列同様に耐久性がすぐれ、かつ熱効
率の向上が計れるスターリング機関を提供できる。
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、水のかわりに空気等、燃焼ガスのかわりに
、太陽熱その他の熱媒であつてもよい事は言及するまで
もない。以上のようにこの発明によれば、熱伝導率の低
い材料で構成された遊動フランジを、低温側の第2シリ
ンダの外周部に固定された上記第2シリンダとの間に冷
却媒体流路を構成する冷却媒体ジャケットに固定すると
ともに、その遊動フランジの頭部つば部て高温側の第1
シリンダの外周に突設されたシリンダフランジの頂部を
半固定状態で熱変形時にも上記冷却媒体ジャケットに接
触せぬように保持するようにしたので、シリンダヘッド
を構成する第1シリンダから冷却媒体ジャケットへの熱
伝導損失を僅少ならしめ、エンジンの熱効率を向上させ
る効果がある。
【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A−A断面図、第3図は第2図B−B断面図、
第4図は第1図のC−C断面図、第5図は摺動体の断面
図及び正面図、第6図はこの発明の他の実施例である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 耐熱性部材で形成された高温側の第1シリンダ、こ
    の第1シリンダの端部に嵌合する嵌合部を有し上記第1
    シリンダと共に作業気体の密閉動作空間を形成する低温
    側の第2シリンダ、上記嵌合部に配設され上記両シリン
    ダ間を気密に封止する封止装置、上記第2のシリンダの
    外周部に固定され上記第2シリンダとの間に冷却媒体流
    路を構成する冷却媒体ジャケット、及び熱伝導率の低い
    材料で構成され上記冷却媒体ジャケットに固定されると
    ともに頭部つば部で上記第1シリンダの外周に突設され
    たシリンダフランジの頂部を半固定状態で熱変形時にも
    上記冷却媒体ジャケットに接触しないように保持する遊
    動フランジを備えたことを特徴とするスターリング機関
JP17778480A 1980-12-15 1980-12-15 スタ−リング機関 Expired JPS6042346B2 (ja)

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