JPS6113727Y2 - - Google Patents

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JPS6113727Y2
JPS6113727Y2 JP9187582U JP9187582U JPS6113727Y2 JP S6113727 Y2 JPS6113727 Y2 JP S6113727Y2 JP 9187582 U JP9187582 U JP 9187582U JP 9187582 U JP9187582 U JP 9187582U JP S6113727 Y2 JPS6113727 Y2 JP S6113727Y2
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displacer
chamber
heat exchanger
flow path
compression
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JP9187582U
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はスターリング機械、特にスターリン
グエンジン、スターリング冷凍機、スターリング
ヒートポンプ等の如くデイスプレーサ型のピスト
ンを有するスターリング機械の改良に関するもの
である。
デイスプレーサのピストンを有するスターリン
グ機械に於いては、デイスプレーサによつて容積
変動する膨張室と、前記デイスプレーサに対して
任意の位相差をもつ圧縮ピストンによつて容積変
動する圧縮室とを有し、この両室間に冷却器及び
蓄熱器の2つの機能をもつ再生熱交換器を配し、
各々の間をガス流路で連通することにより作動ガ
スの密閉作動空間を形成している。この為、再生
熱交換器、ガス流路等の作動空間のスペースが必
要である。
ところで、前記スターリング機械の性能を高め
るには、構造上、 (i) 再生熱交換器とガス流路部の容積即ち死容積
を小さくすること、 (ii) 膨張室と圧縮室の温度差を大きくする為、温
度効率のよい再生熱交換器を採用すること、 (iii) 膨張室と圧縮室間の構成部品(シリンダ、デ
イスプレーサ)を通しての熱伝導を小さくする
こと、 (iv) 外部への熱損失を小さくすることなどが挙げ
られる。
従来のスターリング機械には、第1図に示す外
部流路形式と第2図に示すデイスプレーサ外周流
路形式の2種類が知られている。
第1図及び第2図に於いて、1はシリンダ、2
はデイスプレーサ、3は圧縮ピストン、4はデイ
スプレーサロツド、5は膨張室、6は圧縮室、7
は再生熱交換器、8は作動ガス流路用外部配管、
9はピストンリングを夫々示している。
ところが、これら従来技術のスターリング機械
では次のような欠点を挙げることができる。即
ち、 (1) 外部流路形式の場合、 (i) ガス流路を外部に配管する為、死容積が増
大する。
(ii) デイスプレーサの外筒が金属系の材料であ
る為、膨張室と圧縮室間の温度差が大きくな
ると、温度勾配によりデイスプレーサを介し
て熱伝導が大きくなり効率が悪くなる。
(iii) ガス流路の外部配管に伴つて外部露出面積
が大きくなる為、作動ガス流動時における熱
損失が大きい。
(iv) デイスプレーサの外周を直接ガスが流動す
ると性能低下をきたす為、その防止策として
無潤滑の往復摺動シールを設ける必要があ
り、構造が複雑となる。
(2) デイスプレーサ外周流路形式の場合、 (i) 再生熱交換器とデイスプレーサ外周の間に
隙間を設ける必要がある為、再生熱交換器を
温度効率のよい例えば金属メツシユ、スチー
ルウール等で構成させることが不可能であ
り、温度の再生効率が非常に悪くて膨張室と
圧縮室間の温度差が大きくならない。
(ii) 温度効率をよくする為、デイスプレーサー
を長くする必要があり、コンパクト性に欠け
る。
(iii) デイスプレーサの外筒が金属系の材料であ
る為、膨張室と圧縮室間の温度差が大きくな
ると、温度勾配によりデイスプレーサを介し
て熱伝導が大きくなり効率が悪くなる。
この考案は上記従来の欠点に鑑みてなされたも
ので、デイスプレーサには非金属材料で熱伝導率
の低い、断熱特性を有する四フツ化エチレン(テ
フロン)樹脂、セラミツク、プラスチツクス等の
材料を使用し、その内部に膨張室と圧縮室とを連
通する作動ガス流路を設け、併せてその流路を再
生熱交換器として構成し、膨張室と圧縮室とを再
生熱交換器により作動ガスが交互に直線的に流動
するように連通することにより、高効率、高性能
で、かつ、非常にコンパクトなスターリング機械
を提供せんとするものである。尚、この考案に係
るスターリング機械は、外部の熱源によつて熱エ
ネルギーを与え、熱エネルギーを作動流体の圧力
エネルギーに変換して仕事を得るスターリングエ
ンジン、若しくは外部から仕事を与えて、スター
リング1サイクルの逆のサイクルを行なわせ熱エ
ネルギーを吸収して物体を冷却する冷凍機、また
は熱エネルギーを放出して暖房等に供するヒート
ポンプに適応する。
以下この考案をスターリングエンジンにおける
実施例を示す添附図面に従つて詳細に説明する。
第3図に於いて、11は気筒を構成するシリン
ダ、12は該シリンダ11内の上部を往復動する
デイスプレーサ(膨張ピストン)、13はデイス
プレーサ12と同芯にシリンダ11内の下部を往
復動する圧縮ピストン、14はデイスプレーサロ
ツド、15はデイスプレーサ12上方のシリンダ
11内部に形成した膨張室、16はデイスプレー
サ12の下部と圧縮ピストン13の上部との間の
シリンダ11内部に形成した圧縮室、17はデイ
スプレーサ12の内部に配された再生熱交換器で
ある。
上記デイスプレーサ12は、外周にシール効果
を有する凸部18を一体に突出形成した円筒状の
外筒19と、該外筒19の上端開口に被嵌され、
膨張室15と再生熱交換器17を連通するガス流
路20を形成した上蓋21と、外筒19の下端開
口に被嵌され、圧縮室16と再生熱交換器17を
連通するガス流路22を形成した下蓋23とで構
成され、熱伝導率の低い、断熱特性を有するテフ
ロン、セラミツク、プラスチツクス等の非金属材
料が使用されている。
この考案は以上その実施例について説明したよ
うな構造であり、次にその作用を説明する。尚、
スターリングエンジンにおいては、膨張室15側
は外部の熱源によつて与えられる熱エネルギーを
作動ガスに付与する加熱部であり、圧縮室16側
は作動ガスを冷却する冷却部である。
第7図乃至第10図はスターリングエンジンの
1サイクルを示すもので、第7図の状態は圧縮ピ
ストン13が最低位置にあり、また、デイスプレ
ーサ12が最高位置にあり、圧縮室16の作動ガ
スは低温である。次に、第8図に示すように、圧
縮ピストン13を上昇すると、圧縮室16の作動
ガスは圧縮されて圧力は上昇するが温度は昇がら
ない。次に、第9図に示すように、デイスプレー
サ12を下げると圧縮室16の作動ガスは、ガス
流路22、再生熱交換器17、ガス流路20を経
て膨張室15に流れ込み、その途中の再生熱交換
器17を通過する際に温度が上昇される。従つ
て、膨張室15において作動ガスは高温で高圧と
なり、その圧力でもつて圧縮ピストン13を第1
0図に示すように押し下げる。そして、第7図に
示すように、デイスプレーサ12を押し上げる
と、膨張室15の高温の作動ガスはガス流路2
0、再生熱交換器17、ガス流路22を経て圧縮
室16に流れ込み、その途中の再生熱交換器17
を通過する際に該再生熱交換器17に熱を与えて
低温になつて圧力は下がる。これで当初の第7図
の状態にもどり、スターリングエンジンの1サイ
クルが完了する。
この考案に係るスターリング機械は、途中に冷
却器と蓄熱器の2つの機能をもつ再生熱交換器を
設けた作動ガス流路で連通せしめられる膨張室と
圧縮室とを同一軸線上に備えるシリンダ内で、デ
イスプレーサと圧縮ピストンとが異なる位相で往
復運動して膨張室及び圧縮室の容積を変化させる
ことにより仕事を行うスターリング機械におい
て、デイスプレーサを四フツ化エチレン樹脂等の
低熱伝導率で断熱性を有し、かつ無潤滑性を有す
る非金属材料で中空室構造に形成すると共に、シ
リンダ内で無潤滑の往復摺動シールを一体構成で
形成し、該中空室内に再生熱交換器を設置し、し
かも、該デイスプレーサ内に、膨張室と圧縮室と
をデイスプレーサの作動方向と平行して直接的に
連通させる作動ガス流路を、上記中空室を貫通さ
せて直接形成したから、再生熱交換器と作動ガス
流路との設置スペースを縮少でき、熱損失及び圧
力損失を少なくできると共に、デイスプレーサを
低熱伝導率で断熱性を有する非金属材料としたこ
とによつて、デイスプレーサ内部に配置された再
生熱交換器の機能を高めることができ、熱効率を
一層向上させることができる。さらにデイスプレ
ーサ自体を無潤滑の非金属材料で構成したことに
よつて、デイスプレーサの外周部を無潤滑の往復
動シールとして利用できるため、高性能化と単純
構造化とを同時に達成できる。これを更に箇条的
に詳述すると次に挙げるような効果を奏し得るも
のである。
(i) デイスプレーサの内部をガス流路として構成
したから、死容積が小さくなり、熱損失を少な
くしてサイクル効率を上げることができる。
(ii) デイスプレーサに熱伝導の小さい非金属材料
用いたから、膨張室と圧縮室間のデイスプレー
サを介しての熱伝導を非常に小さくすることが
できる。
(iii) デイスプレーサの内部空間に再生熱交換器を
収容して配したから、再生熱交換器を単独に構
成されたものと同一の効果をもたらし、温度効
果のよいワイヤメツシユ、スチールウール等の
使用が可能である。この為、膨張室と圧縮室の
温度差を大きくすることができる。
(iv) デイスプレーサにガス流路を構成し、その途
中に再生熱交換器を設けたから、デイスプレー
サをコンパクトに構成することができる。
(v) デイスプレーサの材料を非金属材料のテフロ
ン、セラミツク、プラスチツク等としたから、
無潤滑の往復摺動シールを一体構成で形成する
ことができる。この為、デイスプレーサの外周
を直接ガスが流動することもなく、高性能化が
図れると共に、非常に単純構造となる。
以上の効果により、この考案は高効率、高性能
で、かつ、非常にコンパクトなスターリング機械
を可能とすることができる。
以上の説明ではスターリングエンジンを実施例
に述べたが、スターリング冷凍機、スターリング
ヒートポンプの場合にも同様の効果が達成可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来のスターリング機械の
正面断面図、第3図はこの考案に係るスターリン
グ機構の正面断面図、第4図乃至第6図は第3図
A−A、B−B、C−C線に於ける断面図、第7
図乃至第10図はスターリングエンジンの1サイ
クルを示す図面である。 11・・シリンダ、12・・デイスプレーサ、
13・・圧縮ピストン、14・・デイスプレーサ
ロツド、15・・膨張室、16・・圧縮室、1
7・・再生熱交換器、18・・凸部、19・・外
筒、20・・ガス流路、21・・上蓋、22・・
ガス流路、23・・下蓋。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 途中に冷却器と蓄熱器の2つの機能をもつ再生
    熱交換器を設けた作動ガス流路で連通せしめられ
    る膨張室と圧縮室とを同一軸線上に備えるシリン
    ダ内で、デイスプレーサと圧縮ピストンとが異な
    る位相で往復運動して膨張室及び圧縮室の容積を
    変化させることにより仕事を行うスターリング機
    械において、デイスプレーサを四フツ化エチレン
    樹脂等の低熱伝導率で断熱性を有し、かつ無潤滑
    性を有する非金属材料で中空室構造に形成すると
    共に、シリンダ内で無潤滑の往復摺動シールを一
    体構成で形成し、該中空室内に再生熱交換器を設
    置し、しかも、該デイスプレーサ内に、膨張室と
    圧縮室とをデイスプレーサの作動方向と平行して
    直線的に連通させる作動ガス流路を、上記中空室
    を貫通させて直接形成したことを特徴とするスタ
    ーリング機械。
JP9187582U 1982-06-18 1982-06-18 スタ−リング機械 Granted JPS58193032U (ja)

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JP9187582U JPS58193032U (ja) 1982-06-18 1982-06-18 スタ−リング機械

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JPS58193032U JPS58193032U (ja) 1983-12-22
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JP5632187B2 (ja) * 2010-04-20 2014-11-26 株式会社アルファプラスパワー 熱機関

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