JPS6141970Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、スターリングサイクル機関用軸封
装置に関する。

スターリングサイクル機関は、作動流体（ヘリ
ウム、水ソ、チツソ或いはそれらの混合気体の一
つ）を、等温圧縮、等容変化、等温膨張をくり返
し、発動機、ヒートポンプ、或いは冷凍機とし
て、又は、冷凍機と原動機の両機能を兼ねさせる
ことができる。このスターリングサイクル機関の
出力或いは熱効率の低下を防止する上で重要なこ
とは、作動流体の閉回路を構成する圧縮部から、
高圧の作動流体を漏洩させないようシールさせる
ことにある。実際、閉回路内の作動流体の漏洩
は、機関の出力や熱効率の低下のみならず、機関
の停止を招き、長期間の安定した運転維持の妨げ
となる。

一方、スターリングサイクル機関は、一般に、
一端がクロスヘツド或いは斜板と協働する往復動
可能なピストンロツトをシリンダ内に延在させ且
つ該シリンダ内のピストンと連結させ、さらに、
その内部に背圧室を有するハウジングとピストン
との間に圧縮部空間を画定させる構成となつてい
る。ピストンロツドとハウジングとの間の摺接部
に種々なシールを配し、圧縮部空間内の高圧作動
流体が、背圧室を介して、クロスヘツドや斜板の
納められる低圧クランク室に漏洩するのを防止さ
せている。しかし、実際には、圧縮部空間内の高
圧作動流体の背圧室への漏洩は完全に防止でき
ず、この背圧室を作動ガスの平均圧力或いは最低
圧力に維持させ、クランク室との差圧を小さくさ
せている。この差圧を小さくすることはクランク
室への作動ガスの漏洩を制限するのに効果的であ
るが、このためには、圧縮部空間と背圧室との間
に逆止弁を備えるバイパス回路を作る必要があ
り、スターリングサイクル機関の構造を複雑にし
且つ高価とさせている。

それ故、この考案は、シリンダ内のハウジング
に保持され且つピストンロツドと摺接する軸封装
置を改良し、ハウジング内の背圧室から圧縮部空
間への作動流体の逆流を可能にさせることで、前
述した従来技術の問題点を解消させることを目的
とする。

この考案の実施例を添付図面を参照して説明す
る。

往復動可能なピストンロツド１の一端をクラン
ク室２内のクロスヘツド３に連結し、他端をシリ
ンダ４内のピストン５に連結する。シリンダ４内
に、その段部６に着座するようハウジング７を収
納させ、ピストン５とハウジング７の頂壁との間
に、ピストン５の動きに応じて、その容積が可変
となる圧縮部空間８を作る。ハウジング７内に背
圧室９を形成し、この背圧室９とクランク室２と
の間に、クランク室２の潤滑油が背圧室９に入り
作動流体と混合するのを防止すると共に、背圧室
からクランク室への作動流体の漏れを防ぐピスト
ンロツド１と摺接するシール装置１０を配す。さ
らに、ハウジング７の頂壁のリング溝１１にピス
トンロツド１と摺接する軸封装置１２を配し、作
動流体の圧縮部空間８から背圧室９への作動流体
の漏れを防止する。１３は、クランク室２への潤
滑油供給口を、１４は圧縮部空間８に対する作動
流体の出入口を示す。

この考案による軸封装置１２は、非常に柔軟性
に富んだ、たとえば、四フツ化エチレン樹脂で形
成したピストンリング１５を有する。ピストンリ
ング１５は段付合い口１６を有し、圧縮部空間側
の側面に複数個の離間したスリツト１７を備え
る。ピストンリング１５の外周面に、薄鋼板製の
バツクシールリング１８を嵌込む。バツクシール
リング１８は、ストレート合い口１９を有し、こ
のストレート合い口１９がピストンリングの段付
合い口１６と重ならないように、ピストンリング
１５とバツクシールリング１８との関係を得る。
バツクシールリング１８は、好ましくは、ピスト
ンリング１５を半径方向内方に締め付け、ピスト
ンリング１５とピストンロツド１との間に必要な
接触圧および追従性を確保するようにする。又、
バツクシールリング１８は、ピストンリング１５
の段付合い口１６部からの作動流体の漏洩を防止
する。さらに、好ましくは、ストレート合い口２
０を有するバネ状又は薄板のエキスパンダ２１を
バツクシールリング１８の外周面に嵌め込み、ピ
ストンリング１５とピストンロツド１との接触圧
を確実に得られるようにする。

ピストンリング１５、バツクシールリング１
８、エキスパンダ２１からなる軸封装置１２の背
圧室９側の側面は面一となるよう組付けられ、圧
縮部空間８側の側面は、スリツト１７の外周部側
がリング溝１１に開放される形とさせる。ピスト
ンリング１５の外周面に溝２２を形成し、この溝
２２のバツクシールリング１８を嵌め込み、スリ
ツトの開放端部２３を確保するとよい。

前述した軸封装置１２を備えるスターリングサ
イクル機関２４は、ピストン１の周期的な往復動
により圧縮部空間８の容積は変化し、その内部の
作動流体が周期的に高圧となる。この高圧作動流
体は、リング溝１１内に入り、第３図でみて、軸
封装置１２の下向きに、又、半径方向内方へと作
用する。高圧作動流体の下向きの作用力は、軸封
装置１２の端面を、リング溝１１の下壁２５に密
着させ、リング溝１１をう回する圧縮部空間８か
ら背圧室９への作動流体の漏洩を最小にする。軸
封装置１２に対し半径方向内方へと作用する高圧
作動流体は、バツクシールリング１８およびエキ
スパンダ２１の締付力に加えて、ピストンリング
１５のピストンロツド１への接触力を高め、ピス
トンロツド１とピストンリング１５との摺接部か
らの作動流体の漏洩を最小とさせる。

一方、ピストン５の周期的な往復動中、圧縮部
空間８の容積が大となり該空間８の圧が下がり、
しかも、背圧室９側の圧が該空間８の圧より大と
なると、軸封装置１２は、背圧室９側の圧を受け
て、第３図でみて上方へ移動し、ピストンリング
１５がリング溝１１の上壁２６に接する。しか
し、ピストンリング１５のスリツト１７が、背圧
室９と圧縮部空間８との連通を可能にさせている
ので、背圧室９側の高圧が圧縮部空間８へと流入
し、背圧室９の圧を下げる。これは、スターリン
グサイクル機関の作動流体用閉回路に必要な量の
作動流体の確保に寄与すると共に、背圧室９とク
ランク室２との間にシール装置１０に対する負担
を軽減し、クランク室２への作動流体の漏れを最
小とさせる。

以上から明らかなように、この考案によるスタ
ーリングサイクル機関用軸封装置は、スリツトを
有するピストンリングの外周面に、ピストンリン
グの合い口の一部を塞ぐようにバツクシールリン
グを配し、バツクシールリングにより合い口部か
らの作動流体の漏れを無くす。圧縮部空間の高圧
時は、該高圧を利用して軸封装置をリング溝の下
壁に密着させて圧縮部空間から背圧室へのリング
溝をう回する作動流体の漏れを最小にする。さら
に背圧室の圧が圧縮部空間より高くなると、軸封
装置がリング溝の上壁に接するが、ピストンリン
グのスリツトが背圧室から圧縮部空間へと流体を
流すので背圧室の圧を作動ガスの最低圧に維持す
ることができる。これは、従来の如き逆止弁を備
えるバイパス回路の必要性をなくし、装置の構造
を簡単にさせると共に、スターリング機関の作動
流体の閉回路への作動流体の補充と、クランク室
と背圧室との間のシール装置への負担を軽減させ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスターリングサイクル機関の部分断面
図、第２図は軸封装置の平面図、および第３図は
その部分断面図である。 図中：１……ピストンロツド、２……クランク
室、４……シリンダ、５……ピストン、７……ハ
ウジング、８……圧縮部空間、９……背圧室、１
１……リング溝、１２……軸封装置、１５……ピ
ストンリング、１７……スリツト、１８……バツ
クシールリング、２１……エキスパンダ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダ内をピストンロツドにより往復動する
   ピストンと、該ピストンと対向する形で前記シリ
   ンダ内に固定され且つ前記ピストンとの間にその
   容積を可変とする圧縮部空間を画定するハウジン
   グとを有し、前記ハウジング内の背圧室と前記圧
   縮部空間とを前記ピストンロツドに摺接する軸封
   装置によりシールさせ且つ前記圧縮部空間が作動
   流体のための閉回路の一部を構成しているスター
   リング機関において、前記軸封装置が合成樹脂よ
   りなり且つ前記圧縮部空間側の側面にスリツトを
   有するピストンリングと、該ピストンリングの外
   周面に配され且つ前記ピストンリングの合い口の
   少なくとも一部を塞ぐバツクシールリングとを有
   し、前記スリツトが前記背圧室から前記圧縮部空
   間への作動流体の流れを可能とさせていることを
   特徴とするスターリングサイクル機関用軸封装
   置。