JPS6043157A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS6043157A
JPS6043157A JP15207383A JP15207383A JPS6043157A JP S6043157 A JPS6043157 A JP S6043157A JP 15207383 A JP15207383 A JP 15207383A JP 15207383 A JP15207383 A JP 15207383A JP S6043157 A JPS6043157 A JP S6043157A
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JP
Japan
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displacer
space
cylinder
piston
container
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JP15207383A
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JPH0256503B2 (ja
Inventor
Kenichi Inota
猪田 憲一
Motohiro Takiuchi
滝内 基弘
Terumaru Harada
照丸 原田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (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に関するものである。
従来例の構成とその問題点 従来のスターリング機関は、第1図に示すように密閉容
器1内に作動流体が封入され、加熱器2に於−C作動流
体が加熱され、冷却器3に於て作動流体が冷却される。
一方デイスプレーサ4はビストン6がほとんど動かず、
したがって膨張空間6、(流路7,8、加熱器2、再生
器9、冷却器3)の作動流体側空間、圧縮空間10.1
1 からなる作動空間の体積がほとX7ど変わらない状
態で下死点から上死点へ上昇する。それによって膨張空
間6の作動流体は流路7.加熱器2.再生器9.冷却器
3.流路8を通って圧縮空間10.11の方へ移動する
その為、作動空間に占める膨張空間6.(流路7゜加熱
器2)の作動流体側空間からなる高温側空間の体積は減
少し、逆に圧縮空間10,11.(流路8.冷却器3)
の作動流体側空間からなる低温側空間の体積は増加する
。しかも、この間、作動空間の体積はほとんど変わらな
いので、結局作動空間の体積はほとんど変わらない状態
で平均温度が低下することになり、この結果、作動空間
の圧力が減少する。その為に圧縮空間11とバウンス空
間12との差圧によってピストン5を上昇させる力は増
加し、ピストン6は上昇する。一方、ディスプレーサ4
が上昇するとガススプリング13の圧力は減少し、その
為ガススプリング13と膨張空間6との差圧によってデ
ィスプレーサ6を下降させる力は増加し、ディスプレー
サ4は上死点を経て下降する。
ディスプレーサ4が上死点から下死点へ下降する1゜ と、」=昇゛するときとは逆に、高温側空間の体積は増
加し、低温側空間の体積は減少する。しかも、この間、
作動空間の体積はほとんど変わらないので、結局作動空
間の体積はほとんど変わらない状態で平均温度が上昇す
ることになり、この結果、作動空間の圧力が増加する。
その為に圧縮空間11とバウンス空間12との差圧によ
ってピストン6を下降させる力は増加し、ピストン5は
上死点を経て下降する。一方、ディスプレーサ4が下降
するとガススプリング13の圧力は増加し、その為にガ
ススプリング13と膨張空間6との差圧によってディス
プレーサ4を上昇させる力は増加し、ディスプレーサ4
は下死点を経て再び上昇する。
以上のようにして、ディスプレーサ4は上下に振動し、
作動空間に圧力脈動が発生し、ピストン6も上下に振動
する。
そして、この1ザイクルの過程に於て、力1熱器2を介
して作動流体に加えられた熱量の一部は冷却器3を介し
て作動流体から奪われ、一部は、ピストン6がリニアオ
ルタネータ等の負荷14に対してする仕事に変わる。
ところで、ディスプレーサ4とシリンダ15とは摺動す
るので、摩擦損失を減らず為に、固体潤滑剤を双方の摺
動面にコーティングしていた。ところが、これら固体潤
滑剤は摩擦距離の増加とともに、摺動面からはがれ落ち
、その為に、はがれ落ちたものが圧縮空間10.流路8
.冷却器3を通って再生器9に至り、再生器9の流路を
つまらせそれにより、出力、効率が低下したり、壕だ再
生器9から加熱器2へ入り高温により分解し、容器1等
を腐蝕し、信頼性を低下させたり、まだディスプレーサ
4とシリンダ16のすきまが広くカリその為に出力、効
率が低下する、という欠点があった。
なお、第1図において、16はスプレーザ4の側面の溝
にはめ込まれ、膨張空間6と圧縮空間1゜との間で作動
流体が、すきまを通って往来する量を減らす為に設けら
れているピストンリング、1了、18.19は流路で、
ディスプレーサ4が上下運動する時、ある相対位置で連
通ずるように設けられており、連通時、バウンス空間1
2とばね空間13も連通し、これによってバウンス空間
12とばね空間13とは等しい圧力になり、これによっ
てディスプレーサ4の上下運動の運動中心位置が常に流
路17と流路18が連通した位置になるようになってい
る。また流路20と流路21はピストン5が上下運動す
るとき、ある相対位置で連通ずるように設けられている
発明の目的 本発明は、従来のスターリング機関の欠点を解消し、も
って、信頼性の高いスターリング機関を提供しようとす
るものである。
発明の構成 本発明は、密閉容器内に、その外面の一部がディスプレ
ーサの外面の一部と摺動するシリンダを設けるとともに
、ディスプレーサとシリンダとによって囲まれる空間内
に、シリンダに対してディスプレーサか相対運動が可能
なように、その一部はディスプレーサに接続され、その
一部はシリンダに接続された、例えば皿ばね等の弾性部
材を配設したものである。
実施例の説明 以下に本発明の実施例を第2図を参照して説明する。図
において、22は密閉容器で、その中に作動流体が封入
されている。23は作動流体を加熱する加熱器、24は
作動流体を冷却する冷却器、25は再生器、26.27
は流路、28は膨張空間、29,30.31は圧縮空間
、32はディスプレーサ33の側面の溝34にはめ込ま
れ、膨張空間28と圧縮空間29との間で作動流体が、
すきま35を通って往来する量を減らす為に設けられて
いるピストンリング、36は容器22に固定されている
シリンダ、37は圧縮空間29.30内に設けられ、そ
の内周はディスプレーサロッド38に固定され、その外
周は容器22に固定されている皿ばねで、圧縮空間29
と圧縮空間30とを連通させるため、皿ばねKは穴39
が設けられている。また、ばね空間4oにはその内周は
ディスプレーサロッド38に固定され、その外周はシリ
ンダ36に固定されている皿ばね41が設けられており
、皿ばね41には連通用穴42があり、皿ばね41前後
の空間を連通している。また皿ばね37.41はディス
プレーサロッド38の」二下方向への運動に対しては小
さな抵抗しか示さないか、左右方向への運動に対しては
大きな抵抗を示し、それによってシリンダ36とディス
プレーサロッド38とが接触せず、しかも運動中も常に
、適切なすきまを保つように構成されている。
穴43は圧縮空間30と圧縮空間31とを連通ずる為の
穴である。44は容器22の内面に摺動自在に増刊けら
れたピストン、45はギの一端がピストン44、他端が
容器22の壁に固定され、ビス−トン44の上下運動に
伴って、ピストン44から仕事をされる例えばリニアオ
ルタネータ等の負荷である。
46.47は流路で、ディスプレーサ33が上下運動す
る時、ある相対位置で連通ずるように設けられており、
連通時、バウンス空間48とげね空間も連通し、これに
よってバウンス空間48とげね空間40とは等しい圧力
になり、これによってディスプレーサ33の上下運動の
運動中心位置が常に流路46と流路47が連通した位置
になるようになっている。
また流路49と流路5oはピストン44が上下運動する
とき、ある相対位置で連通ずるように設けられており、
連通時、圧縮空間31とバウンス空間48も連通し、こ
れによって、圧縮空間31とバウンス空間48とは等し
い圧力になり、これによってピストン44の上下運動の
運動中心位置が常に流路49と流路50が連通した位置
になるようになっている。
本発明に々るスターリング機関は、従来のフリーピスト
ンスターリング機関(以下FPSEと略称する)とよく
似た構造を持っており、従来のFPSEのディスプレー
サとシリンダとの潤滑が、固体潤滑剤を用いて行われて
いたのに対し、2っの皿ばね37.41がディスプレー
サロッド51を支持し、その為にディスプレーサ33が
上下に運動したとき、シリンダ36とディスプレーサロ
ッド61とは接触せず、しかも運転中も常に適切々すき
まを保つように構成されている。今まで述べてきだ本発
明の構成に於て、ディスプレーサ33は−F下に振動し
ている。
ディスプレーサ33が上昇すると、それによって膨張空
間28の体積は減少し、圧縮空間29 、30の体積は
増加する、それと同時に、膨張空間28の圧力の方が圧
縮空間29の圧力より高くなり、その為に、膨張空間2
8の作動流体は圧縮空間3゜の方へ移動する、これによ
り、従来のFPSEと同様のしくみで、作動空間(膨張
空間28、(流路26.27、加熱器23、再生器25
、冷却器24)の作動流体側空間、圧縮空間29 、3
0 。
31の総称)の平均圧力は減少する、この為に圧縮空間
31とバウンス空間48との差圧によってピストン44
を上昇させる力は増加し、ピストン44は上昇する。一
方デイスプレーサ33が上昇するとはね空間の圧力は減
少し、その為ばね空間40と膨張空間28との差圧によ
ってディスプレーサ33を下降させ〜る力は増加し、テ
ィスプレ〜す33は上死点を経て下降する。
ディスプレーサ33が上死点から下死点へ下降すると、
上昇するときとは逆に膨張空間、(流路、加熱器)の作
動流体側空間から々る高温側空間の体積は増加し圧縮空
間29,30.31(流路27.冷却器24)の作動流
体側空間からなる低温側空間の体積は減少する。しかも
、この間、作動空間の体積はほとんど変わらないので、
結局作動空間の体積はほとんど変わら々い状態で平均温
度が上昇することにより、この結果、作動空間の圧力か
増加する。その為に圧縮空間31とバウンス空間48と
の差圧によってピストン44を下降させる力は増加し、
ピストン44は上死点を経て下降する。一方デイスプレ
ーサ33が下降するとばね空間40の圧力は増加し、そ
の為にばね空間4oと膨張空間28との差圧によってデ
ィスプレーサ33を上昇させる力は増加し、ディスプレ
ーサ33は下死点を経て再び上昇する。
以上のようにして、ディスプレーサ33は上下に振動し
、作動空間に圧力脈動が発生し、ピストン44も上下に
振動する。
そして、この1サイクルの過程に於て、加熱器23を介
して作動流体に加えられた熱量の一部は冷却器24を介
して作動流体から奪われ、一部は、ピストン44がリニ
アオルタネータ等の負荷45に対してする仕事に変5わ
る。
ところで、本発明の構成の所で述べたように、ディスプ
レーサ33の一部であるディスプレーサロッド38は2
つの皿ばね37.41で支持されており、このJ711
ばね37.41はディスプレーサロッド38か上下に運
動するときにはほとんど抵抗にならず、一方左右に運動
するときには太き斤抵抗となる。そして、シリンダ36
とディスプレーサロッド38とは接触せず、しかも運動
中も常に、適切なすきまを保つように構成されている。
したがって従来のスターリング機関のように、固体潤滑
剤を使用していないので、再生器をつまらぜて出力、効
率を低下させたり、容器等をふしよくさせて信頼性を低
下させたりする欠点か除去でき、もって信頼性の高いス
ターリング機関を持供することがてきる。
なお、本発明に於ては、皿ばね37.41を設けている
が、ピストンリング32を適切に設計する事により皿ば
ね37を省略して同等の効果を奏せしめることも可能で
ある。また、すきまを十分狭くするように設計する事に
より、ピストンリング32を省略して、本発明と同等の
効果を奏せしめるこ吉も可能である。
発明の効果 以上のように本発明は、固体潤滑剤を使用する必要がな
いので、再生器をつまら騒て出力、効率を低下さぜたり
、容器等を腐蝕させて信頼性を低下さぜたりする欠点が
除去でき、もって信頼性の高いスターリング(別間を提
供することができる。
【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の構成を示す断
11+i図、第2図は本発明にかかるスターリング機関
の概略の構成を示す断面図である。 22 、・・・容器、23・・・・加熱器、24・・・
・・・冷却器、26・・、・・・再生器、36、、、−
=シリンダ、37.。 ・・・皿ばね、41・・・・・・皿ばね、44・・・・
・ピストン、46 ・・・・負荷。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 m ほか1名第1
図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 密閉容器内に作動流体を封入し、前記密閉容器
    内に、その外面の一部が密閉容器の内面と摺動するよう
    にディスプレーサを配設して、密画容器内に、ディスプ
    レーサの外面と密閉容器の内面とのすきまを介してのみ
    互いに連通ずる2つの空間を形成すると共に、前記2つ
    の空間を連通ずる流路を設け、この流路に流路内の作動
    流体を加熱器だは冷却する手段を設け、さらに容器内に
    、その外面の一部がディスプレーサBの外面の一部と摺
    動するシリンダを設けるとともに、ディスプレーサと前
    記シリンダとによって四重れる空間内に、シリンダに対
    してルイスプレーサが相対運動が可能なように、その一
    部はディスプレーサに接続され、その一部はシリンダに
    接続された弾性部材を配設したスターリング機関。 ((8) ディスプレーサの外面の一部がシリンダの外
    面の一部に対し摺動方向に運動するときの方が、それ以
    外の方向に運動するときより、より小さな抵抗で動くよ
    うに弾性部材を構成し、かつ配設したIF5:許請求の
    範囲第1項記載のスターリング機関。 (3) 密閉容器に対してディスプレーサが相対運Ui
    !+が可能なように、その一部はディスプレーサに接続
    され、その一部は密閉容器に接続された弾性部月をディ
    スプレーサとシリンダとによって囲まれる空間の外に配
    設した特許請求の範囲第1項記載のスターリング機関。
JP15207383A 1983-08-20 1983-08-20 スタ−リング機関 Granted JPS6043157A (ja)

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JPH0256503B2 JPH0256503B2 (ja) 1990-11-30

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