JPS6155353A - スタ−リング機関 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は空調機用圧縮機などの駆動用エンジンとして利
用されるスターリング機関に関する。

（ロ）従来の技術 バーナーで加熱されるスターリング機関の加熱器として
一般にパイプが用いられている。そしてこの改良構造と
して製作加工が容易で且つ伝熱面積が広い２枚の円板か
らなる加熱器が特公昭５９−８６６１号公報で提唱され
ている。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点かかる公報で提
示の加熱器はシリンダと１個の再生熱交換器とを連通さ
せる作動ガス流路が２枚の円板の間で区分けされずに一
様に連通形成されているのでディスプレーサ−ピストン
でシリンダから押し出された作動ガスが再生熱交換器に
流れる際、偏流が生じ円板の周縁側に近づくほど流路内
を流れる作動ガスの量が少なくなる為、作動ガスはバー
ナーで均一に加熱されず、エンジンの効率の低下を免か
れることはできなかった。

本発明はかかる問題点に鑑み、バーナーで作動ガスが均
一に加熱されると共に熱伝達率が高い加熱器付きのスタ
ーリング機関を提供したものである。

に）問題点を解決するための手段 本発明のスターリング機関は、ピストン（１）（２）を
内蔵したシリンダ（３）と、このシリンダの外周に環状
に配置された複数個の再生熱交換器（４）と、この熱交
換器とシリンダ（３）とを連通させる加熱器（５）とを
備え、この加熱器は少なくとも一方の内壁（６）に仕切
板（７）を放射状に突出形成させた２枚の平板（８）（
９）から構成され、この平板（８）（９）を重ね合わせ
て仕切板（７）で複数個の作動ガス流路００を区画形成
したものである。

（ホ）作用 本発明のスターリング機関は、ピストン（１）でシリン
ダ（３）から押し出された作動ガスが加熱器（５）の中
央から外周方向へ分散される際、仕切板（７）で区画さ
れた複数個の流路（ト）に略均等に分配され、然る後、
この各流路αＯを夫々万偏なく流れて各再生熱交換器（
４）に導かれるようになり、作動ガスは加熱器（５）内
で略均−に加熱される。逆に作動ガスが各再生熱交換器
（４）からシリンダ（３）内に集合して流れ込む場合も
同様に加熱器（５）内で略均−に加熱される。

（へ）実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、第１図は
スターリング機関の縦断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ
’線で切断した加熱器の横断面図で、ヘリウム、チッ素
、アルゴン、空気等の作動ガスが封入されたシリンダ（
３）内にディスプレーサ−ピストン（１）とパワーピス
トン（２）とが内蔵されており、一点鎖線の軌跡（６）
で円運動するクランクシャフト（２）と一端が枢支され
他端がピン＠と枢支されたディスプレーサ−ピストン用
のコンロノドα４）ト、　９０位相がずれて円運動する
クランクシャフト（至）と一端が枢支され他端がクロス
ピンαＱと枢支されたパワーピストン用のコンロッドα
ηとで両ピストン（１０２）は９００位相差をもって上
下方向に往復運動されろようになっている。

（至）は後述する加熱器（５）を外部から加熱するバー
ナーで、ディスプレーサ−ピストン（１）の上方の膨張
空間Ｑ’３　（第１図はディスプレーサ−ピストン（１
）が上死点にあり膨張空間σりの内容積が零となってい
る状態を示している）と多孔質の金網や焼結体が内蔵さ
れている再生熱交換器（４）との間を作動ガスが往復移
動する際、この作動ガスを約６００’Ｃに加熱するもの
である。

（１）は冷却水の入口Ｑ１）及び出口（イ）を有し再生
熱交換器（４）からの作動ガスを外方から冷却する第１
冷却器、（財）は冷却水の入口（ハ）及び出口（イ）を
有し再生熱交換器（４）からの作動ガスを内方から冷却
する第２冷却器、（イ）はディスプレーサ−ビス）／（
１）、！：パワーピストン（２）とで作動ガスが圧縮さ
れる圧縮空間、＠はこの圧縮空間と再生熱交換器（４）
とな連通する連通路、翰はオイルポンプ、翰はバランス
ウェイトである。

而して、前述の加熱器（５）は中央部が膨張空間ｅｌｌ
と連通し周辺部が８個の再生熱交換器（４）と嵌合され
た円板状の下部平板（８）と、内壁（６）に湾曲しなが
ら放射状に延びる渦巻き状の仕切板（７）並びにこの仕
切板間に位置する整流板□□□を下方に突出形成した上
部平板（９）とから構成され、この両平板（８）（９）
を重ね合わせて外周縁Ｇツ同志、並びに仕切板（７）と
整流板（至）の先端（２）を溶接することにより、仕切
板（７）で再生熱交換器（４）の数と同じ８個の作動ガ
ス流路αＱが区画形成されている。

次にスターリング機関の動作を説明すると、バーナー（
ト）で加熱器（５）の上部平板（９）を加熱し、一体の
クランクシャフト（２）αＱを始動させると、加熱器（
５）内の作動ガスがバーナー（至）で６ｏｏ℃程度に加
熱膨張されこのガス圧力が再生熱交換器（４）と冷却器
（４）翰を経て圧縮空間＠にかかることによりパワーピ
ストン（２）が押し下げられ、且つ同時にディスプレー
サ−ピストン（１）も連動して下降し等温膨張作用が行
なわれる。

そして、パワーピストン（２）が慣性力によって引き続
き下降すると共にディスプレーサ−ピストン（１）が連
動して上昇し、膨張空間０９内の作動ガスが加熱器（５
）、再生熱交換器（４）及び冷却器−（イ）を経て圧縮
空間（ホ）内へ移動する。この移動の際、膨張空間（Ｌ
鴨から押し出された作動ガスは仕切板（７）で区画され
た各流路ａ０内に第２図に示す矢印のように略均等に分
配され、然る後、徐々に広がる各流路ＱＣ）にそって拡
散されながら途中で更に整流板（１）で略均等に分配さ
れる。そして再生熱交換器（４）内に略ストレートで流
れ込む流れと仕切板（７）にそって回り込みながら再生
熱交換器（４）内に流れ込む流れとにより各流路αＯ内
を作動ガスが方何なく流れる。

この時、バーナー（至）で約６００°Ｃに加熱された作
動ガスはその熱を再生熱交換器（４）に与え、自らは約
２００°Ｃに温度降下し、更に冷却器翰＠で冷却される
所謂等容放熱作用が行なわれろ。

次に背圧空間（至）内のガス圧力が膨張空間αＯ及び圧
縮空間（イ）内の圧力を上部ると、その差圧力と慣性力
とによりパワーピストン（２）は下死点から上昇が始ま
り、引き続き連動して上昇しているディスプレーサ−ピ
ストン（１）が上死点に至ると、等温圧縮が開始され、
パワーピストン（２）の上昇とディスプレーサ−ピスト
ン（１）の下降とによって圧縮空間（４）から冷却器ｇ
３（ホ）、再生熱交換器（４）、加熱器（５）を経て膨
張空間０りへ低温の作動ガスが移動する。この移動中、
低温の作動ガスは上述した等容放熱行程で蓄熱されてい
る再生熱交換器（４）の熱放出で吸熱昇温された後、第
２図に示す矢印とは逆方向に加熱器（５）内の各流路α
Ｏを略均等に流れて合流しながら膨張空間ａｏ内に導か
れる際にバーナー（ト）で約６００°Ｃまで更に昇温さ
れろ所謂等容吸熱作用が行なわれる。

かかるサイクルの繰り返しにより往復運動するパワーピ
ストン（２）の出力を出力軸（ロ）から外部へ取り出し
て空調機用圧縮機（図示せず）が駆動される。

尚、上記実施例で説明したように、加熱器（５）内の作
動ガス流路αＯ中に整流板（１）を設けるようにすれば
、伝熱習積が増加して加熱効率が向上し、且つ両平板（
８）（９）の補強部材として作用するので上部平板（９
）の肉厚寸法を薄くできこの分だけ更に熱伝達率カ坐ま
って加熱効率が一層向上するようになる。

又、上記実施例では仕切板（７）と整流版銅とをステン
レス製の上部平板（９）の内壁（６）に形成したが、逆
に下部平板（８）側に形成しても良く、又、両平板（８
）（９）の何れにも形成して突き合わせろようにしても
良い。

（ト）　発明の効果 本発明によれば、２枚の平板から構成されるスターリン
グ機関の加熱器内に放射状の仕切板で区画される複数個
の作動ガス流路を形成してこの流路なシリンダの外周に
環状に配置された複数個の再生熱交換器と連通させたの
で、シリンダから押し出された作動ガスが加熱器の中央
から各流路に略均等に分配された後、各流路を方何な（
流れて各再生熱交換器に移動し、又、逆に各再生熱交換
器から導出された作動ガスが各流路を方何なく流れた後
に集合してシリンダ内に移動する為に、何れの場合も移
動中に作動ガスは略均−に加熱され、しかも仕切板の設
置により伝熱面積も増える為に加熱効率、延いてはスタ
ーリング機関の運転効率を高めることができる。

併せて、加熱器の両平板は仕切板で上下方向に補強され
るのでバーナーで加熱される上部平板の肉厚寸法を薄く
でき、熱伝達率を高めることができる。

しかも、仕切板を渦巻状に形成すれば作動ガスの流路が
長くなって作動ガスの吸熱効率が高まると共に仕切板の
長さが長（なる為に更に両平板の強度を強くすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すスターリング機関の縦断
面図、第２図は第１図の［１−ＩＩ’線で切断した加熱
器の横断面図である。 （１）（２）・・・ピストン、　（３）・・・シリンダ
、　（４）・・・再生熱交換器、　（５）・・・加熱器
、　（６）・・・内壁、　（７）・・・仕切板、　（８
）（９）・・・平板、　αＯ・・・流路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンを内蔵したシリンダと、このシリンダの
   外周に環状に配置された複数個の再生熱交換器と、この
   熱交換器とシリンダとを連通させる加熱器とを備え、こ
   の加熱器は少なくとも一方の内壁に仕切板を放射状に突
   出形成させた２枚の平板から構成され、この平板を重ね
   合わせて仕切板で複数個の作動ガス流路を区画形成した
   ことを特徴とするスターリング機関。
2. （２）仕切板を渦巻状にした特許請求の範囲第１項記載
   のスターリング機関。