JPS6196164A - スタ−リングエンジン - Google Patents
スタ−リングエンジンInfo
- Publication number
- JPS6196164A JPS6196164A JP21667084A JP21667084A JPS6196164A JP S6196164 A JPS6196164 A JP S6196164A JP 21667084 A JP21667084 A JP 21667084A JP 21667084 A JP21667084 A JP 21667084A JP S6196164 A JPS6196164 A JP S6196164A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- working fluid
- flow path
- displacer
- stirling engine
- compression space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
- F02G2243/04—Crank-connecting-rod drives
Landscapes
- 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。
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エンジンに関するものである。
従来例の構成とその問題点
第１図にスターリングエンジンの従来例の一つを示した
。ここでディスプレーサ−１がシリンダ２内を往復運動
することによりシリンダ２内の作動流体は作動流体流路
３及び冷却器４．再生器５゜加熱器６を通って、膨張空
間７と圧縮空−間８を往復する。この時、ディスプレー
サ−１が上昇する過程では、作動流体は膨張空間７から
再生器６及び冷却器４を通って圧縮空間８に移動し、か
つ再生器５及び冷却器４によって冷却されるため、パワ
−ピストン９上部の圧力は減少する。また、ディスプレ
ーサ−１が下降する過程では、作動流体は圧縮空間８か
ら再生器５及び加熱器６を通って膨張空間７へ移動しな
がら加熱される為、パワ−ピストン９上部の圧力は上昇
する。ゆえに、このディスプレーサ−１の往復運動によ
って生じる作動流体の圧力変動によってパワーピストン
９は往復運動を行なうことになる。なお本例において、
パワーピストン９はクランク機溝１０によってディスプ
レーサ−１よシ約９０度の位相遅れで往復運動をする構
成となっている。
。ここでディスプレーサ−１がシリンダ２内を往復運動
することによりシリンダ２内の作動流体は作動流体流路
３及び冷却器４．再生器５゜加熱器６を通って、膨張空
間７と圧縮空−間８を往復する。この時、ディスプレー
サ−１が上昇する過程では、作動流体は膨張空間７から
再生器６及び冷却器４を通って圧縮空間８に移動し、か
つ再生器５及び冷却器４によって冷却されるため、パワ
−ピストン９上部の圧力は減少する。また、ディスプレ
ーサ−１が下降する過程では、作動流体は圧縮空間８か
ら再生器５及び加熱器６を通って膨張空間７へ移動しな
がら加熱される為、パワ−ピストン９上部の圧力は上昇
する。ゆえに、このディスプレーサ−１の往復運動によ
って生じる作動流体の圧力変動によってパワーピストン
９は往復運動を行なうことになる。なお本例において、
パワーピストン９はクランク機溝１０によってディスプ
レーサ−１よシ約９０度の位相遅れで往復運動をする構
成となっている。
ここで、上記のごとく、スターリングエンジンは基本的
に外燃機関である為、加熱器６及び冷却器４における作
動流体と外部熱源との温度差がその性能に重要な影響を
及ぼす事は言うまでもない。
に外燃機関である為、加熱器６及び冷却器４における作
動流体と外部熱源との温度差がその性能に重要な影響を
及ぼす事は言うまでもない。
一般にそれらの温度差を小さくする方法としては、熱交
換面積の増加、作動流体封入圧力の上昇、回転数の増加
等が挙げられる。しかしながら、熱交換面積の増加はエ
ンジン内の死空間の増加につながり、結果的にはその性
能を下げてしまう。さらに作動流体封入圧力の上昇や回
転数の増加は材料の耐圧、流路の圧力損失１機械損失の
増加などの問題でこれらにはおのずと限界があり、それ
以上に温度差を小さくする事は困難であった。また、第
２図のスターリングエンジンのｐ −ｖ特性線図から明
らかな様に、内部圧力変化が他の内燃機関と比較して緩
慢であり、これは単位体積当たりの出力が小さい事の原
因となっていた。この圧力変化が大きくとシにくい原因
としては、前述の加熱器６．冷却器４における熱伝達が
小さく加えて高温の膨張空間７と低温の圧縮空間８が再
生器５を介して常時、作動流体流路３によって通じてい
る為、パワーピストン上部のシリンダ内圧力が常に平均
化されてしまう事によっていた。
換面積の増加、作動流体封入圧力の上昇、回転数の増加
等が挙げられる。しかしながら、熱交換面積の増加はエ
ンジン内の死空間の増加につながり、結果的にはその性
能を下げてしまう。さらに作動流体封入圧力の上昇や回
転数の増加は材料の耐圧、流路の圧力損失１機械損失の
増加などの問題でこれらにはおのずと限界があり、それ
以上に温度差を小さくする事は困難であった。また、第
２図のスターリングエンジンのｐ −ｖ特性線図から明
らかな様に、内部圧力変化が他の内燃機関と比較して緩
慢であり、これは単位体積当たりの出力が小さい事の原
因となっていた。この圧力変化が大きくとシにくい原因
としては、前述の加熱器６．冷却器４における熱伝達が
小さく加えて高温の膨張空間７と低温の圧縮空間８が再
生器５を介して常時、作動流体流路３によって通じてい
る為、パワーピストン上部のシリンダ内圧力が常に平均
化されてしまう事によっていた。
発明の目的
本発明はスターリングエンジンの出力及び効率向上を目
的とするものである。
的とするものである。
発明の構成
上記目的を達成する為、本発明ではシリンダ内を往復運
動する事によりエンジン内の膨張空間と圧縮空間とを移
動する作動流体流路を開閉する作動流体流路開閉器を設
け、間欠的に作動流体と熱源との熱交換を行なうもので
ある。
動する事によりエンジン内の膨張空間と圧縮空間とを移
動する作動流体流路を開閉する作動流体流路開閉器を設
け、間欠的に作動流体と熱源との熱交換を行なうもので
ある。
実施例の説明
第３図に本発明のスターリングエンジンの一実施例を示
した。なお、第３図において第１図と同一の構成物に対
し同一番号を付した。ここでディスプレーサ−１の圧縮
空間８側底面には、それと等しい外径を有する円筒状の
作動流体流路開閉器１１がディスプレーサ−１と一体構
造で取９つけられておシ、その内面をパワーピストン９
が往復運動する構造となっている。さらに作動流体流路
開閉器１１には複数個の作動流体通過穴１２が設−けら
れており、作動流体流路開閉器１１の内壁とパワーピス
トン９で囲まれる圧縮空間８と冷却器４、再生器５．加
熱器６及び膨張空間７をつなぐ作動流体流路３の圧縮空
間８側出口を、ディスプレーサ−１がその上死点及び下
死点付近に位置する時に開き、振幅の中央付近において
は閉じる構成となっている。次にこの時のディスプレー
サ−１及びパワーピストン９０時間に対する位置の変化
、作動流体流路開閉器１１の作動流体通過穴１２の開閉
時期を、横軸を時間軸として、第４図に示した。ここで
、ディスプレーサ−１とパワーピストン９の位相差は約
９０度であり区間人及びＣはディスプレーサ−１の上死
点、下死点付近における作動流体流路３が開いている状
態であり、逆に区間Ｂ及びＤではそれが閉じて、膨張空
間７と圧縮空間８との間を作動流体が移動しない状態で
ある。
した。なお、第３図において第１図と同一の構成物に対
し同一番号を付した。ここでディスプレーサ−１の圧縮
空間８側底面には、それと等しい外径を有する円筒状の
作動流体流路開閉器１１がディスプレーサ−１と一体構
造で取９つけられておシ、その内面をパワーピストン９
が往復運動する構造となっている。さらに作動流体流路
開閉器１１には複数個の作動流体通過穴１２が設−けら
れており、作動流体流路開閉器１１の内壁とパワーピス
トン９で囲まれる圧縮空間８と冷却器４、再生器５．加
熱器６及び膨張空間７をつなぐ作動流体流路３の圧縮空
間８側出口を、ディスプレーサ−１がその上死点及び下
死点付近に位置する時に開き、振幅の中央付近において
は閉じる構成となっている。次にこの時のディスプレー
サ−１及びパワーピストン９０時間に対する位置の変化
、作動流体流路開閉器１１の作動流体通過穴１２の開閉
時期を、横軸を時間軸として、第４図に示した。ここで
、ディスプレーサ−１とパワーピストン９の位相差は約
９０度であり区間人及びＣはディスプレーサ−１の上死
点、下死点付近における作動流体流路３が開いている状
態であり、逆に区間Ｂ及びＤではそれが閉じて、膨張空
間７と圧縮空間８との間を作動流体が移動しない状態で
ある。
次にこの作用について説明するとこの図において、まず
区間人では作動流体流路３が開いておシ、かつディスプ
レーサ−１が上死点付近におってほとんどの作動流体が
圧縮空間８へ移動している為、膨張空間７と圧縮空間８
０間を流れる作動流体の速さはほぼ０であシ、この為膨
張空間７と圧縮空間８との圧力差はほとんどなく、加え
て作動流体の大部分は低温側の空間にある為圧縮空間圧
力は図の１サイクル中でも最も低い圧力となっている。
区間人では作動流体流路３が開いておシ、かつディスプ
レーサ−１が上死点付近におってほとんどの作動流体が
圧縮空間８へ移動している為、膨張空間７と圧縮空間８
０間を流れる作動流体の速さはほぼ０であシ、この為膨
張空間７と圧縮空間８との圧力差はほとんどなく、加え
て作動流体の大部分は低温側の空間にある為圧縮空間圧
力は図の１サイクル中でも最も低い圧力となっている。
この人区間からディスプレーサ−１が上死点を過ぎて下
降し始めＢ区間に入ると、作動流体流路３が閉じられる
事により、膨張空間７と圧縮空間８の間に圧力差が生じ
始める。つまり、膨張空間７Ｉｄテイスプレーサー１の
下降によシはぼ断熱膨張を行なう結果、区間ムにおける
圧力から徐々に下がり、また圧縮空間Ｂは、ディスプレ
ーサ−１とパワーピストンの相対運動によりほぼ断熱圧
縮を行なう為にその圧力は上昇し、Ｂ区間が終わシ作動
流体流路３が開く直前の圧縮空間８の容積が最小となる
位置までその圧力差は上昇し続ける。次にＣ区間に入シ
作動流体通路３が開かれると、この圧力差及びディスプ
レーサ−１の下降により、作動流体は圧縮空間８から膨
張空間７へ急激に流れ込む。この時、作動流体は高い流
速で流れる為再生器及び加熱器での熱伝達率が大きくで
き、さらに作動流体のほとんどが膨張空間に移動する為
、膨張空間７及び圧縮空間８の圧力が急激に上昇する。
降し始めＢ区間に入ると、作動流体流路３が閉じられる
事により、膨張空間７と圧縮空間８の間に圧力差が生じ
始める。つまり、膨張空間７Ｉｄテイスプレーサー１の
下降によシはぼ断熱膨張を行なう結果、区間ムにおける
圧力から徐々に下がり、また圧縮空間Ｂは、ディスプレ
ーサ−１とパワーピストンの相対運動によりほぼ断熱圧
縮を行なう為にその圧力は上昇し、Ｂ区間が終わシ作動
流体流路３が開く直前の圧縮空間８の容積が最小となる
位置までその圧力差は上昇し続ける。次にＣ区間に入シ
作動流体通路３が開かれると、この圧力差及びディスプ
レーサ−１の下降により、作動流体は圧縮空間８から膨
張空間７へ急激に流れ込む。この時、作動流体は高い流
速で流れる為再生器及び加熱器での熱伝達率が大きくで
き、さらに作動流体のほとんどが膨張空間に移動する為
、膨張空間７及び圧縮空間８の圧力が急激に上昇する。
その結果、圧縮空間８の圧力は図の１サイクル中で最も
高い圧力に達する。次にＤ区間に入シ作動流体流路３が
閉じると、再度膨張空間７と圧縮空間８に圧力差が生じ
始める。即ち膨張空間７はディスプレーサ−１の上昇に
よってその圧力は上昇し、圧縮空間８はディスプレーサ
−１とノくワーピストンｅの相対運動によシ減圧してゆ
く。そして、区間ムに入シ、作動流体流路３が開かれる
と、この圧力差及びディスプレーサ−１ｃＤ上４により
作動流体は急激に膨張空間７から圧縮空間８へ流れ込む
。そしてこの場合もその流速によって熱交換効率が促進
され、さらに作動流体の１１とんどが圧縮空間８に移動
する為、再生器６及び冷却器４で冷却、減圧し、圧縮空
間８の圧力は急激に下降し最低圧力となる。
高い圧力に達する。次にＤ区間に入シ作動流体流路３が
閉じると、再度膨張空間７と圧縮空間８に圧力差が生じ
始める。即ち膨張空間７はディスプレーサ−１の上昇に
よってその圧力は上昇し、圧縮空間８はディスプレーサ
−１とノくワーピストンｅの相対運動によシ減圧してゆ
く。そして、区間ムに入シ、作動流体流路３が開かれる
と、この圧力差及びディスプレーサ−１ｃＤ上４により
作動流体は急激に膨張空間７から圧縮空間８へ流れ込む
。そしてこの場合もその流速によって熱交換効率が促進
され、さらに作動流体の１１とんどが圧縮空間８に移動
する為、再生器６及び冷却器４で冷却、減圧し、圧縮空
間８の圧力は急激に下降し最低圧力となる。
なお、本実施例は本発明の一例にすぎず、（１）作動流
体流路開閉器を円柱状とする、（１１）作動流体流路開
閉器をディスプレーサ−と分離して配置する、 （ｉｉｉ） フリーピストン型スターリングエンジン
に適用する などの構成も考えうる。
体流路開閉器を円柱状とする、（１１）作動流体流路開
閉器をディスプレーサ−と分離して配置する、 （ｉｉｉ） フリーピストン型スターリングエンジン
に適用する などの構成も考えうる。
発明の効果
以上の説明から明らかなように本発明により以下の効果
が奏せられる。
が奏せられる。
（１）間欠的にかつ速い流速で作動流体を加熱器。
再生器、冷却器に流す事により、そこでの熱伝達率を上
昇し、エンジン効率を向上させる。
昇し、エンジン効率を向上させる。
（２）１サイクル中の特定の区間のみで作動流体の加熱
及び冷却を行なう為、圧力の急激な上昇おるいは下降が
得られ、その結果、単位体積当りの出力を増加しうる。
及び冷却を行なう為、圧力の急激な上昇おるいは下降が
得られ、その結果、単位体積当りの出力を増加しうる。
（３）上記（１）の効果により、熱交換面積を減少出来
、−一・ζｉ・ノ小１１、斧１什φ；車化出央ると共に
、ニンジン内の死空間を減少しその性能を向上しうる。
、−一・ζｉ・ノ小１１、斧１什φ；車化出央ると共に
、ニンジン内の死空間を減少しその性能を向上しうる。
（４）上記（２）の効果によりエンジンの小型イヒを実
現しうる。
現しうる。
第１図は従来例のスターリングエンジンの断面図、第２
図は同スターリングエンジンのｐ−マ特性線図、第３図
は本発明の一実施例を示すスターリングエンジンの断面
図、第４図はそのノくワーピストン、ディスプレーサ−
の位置及び圧縮空間と膨張空間の変化を時間軸に対して
示した図でおる。 １・・・・・・ディスプレーサ−１３・・・・・・作動
流体流路、４・・・・・・冷却器、６・・・・・・再生
器、６・・・・・・加熱器、了・・・・・・膨張空間、
８・・・・・・圧縮空間、９・・・・・・ノくワーピス
トン、１１・・・・・・作動流体流路開閉２ｇ、１２・
・・・・・作動流体通過穴。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はづ・１名第
１図 第２図 第３図 第４図
図は同スターリングエンジンのｐ−マ特性線図、第３図
は本発明の一実施例を示すスターリングエンジンの断面
図、第４図はそのノくワーピストン、ディスプレーサ−
の位置及び圧縮空間と膨張空間の変化を時間軸に対して
示した図でおる。 １・・・・・・ディスプレーサ−１３・・・・・・作動
流体流路、４・・・・・・冷却器、６・・・・・・再生
器、６・・・・・・加熱器、了・・・・・・膨張空間、
８・・・・・・圧縮空間、９・・・・・・ノくワーピス
トン、１１・・・・・・作動流体流路開閉２ｇ、１２・
・・・・・作動流体通過穴。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はづ・１名第
１図 第２図 第３図 第４図
Claims (7)
- （１）作動流体を封入された密閉容器と前記作動流体を
加熱する手段と、前記作動流体を冷却する手段と、前記
作動流体から仕事をされる部材と、前記密閉容器内を相
連通しない複数の空間に分割する手段を有するスターリ
ングエンジン。 - （２）シリンダ内を往復運動することにより、エンジン
内の膨張空間と圧縮空間との間を移動する作動流体の流
路を開閉する流路開閉器を備えた特許請求の範囲第１項
記載のスターリングエンジン。 - （３）流路開閉器に１つ又はそれ以上の作動流体通過穴
を設けた特許請求の範囲第２項記載のスターリングエン
ジン。 - （４）流路開閉器をディスプレーサーに取りつけるか、
もしくはそれと一体とした特許請求の範囲第１項または
第３項記載のスターリングエンジン。 - （５）流路開閉器をディスプレーサーの圧縮空間側底面
に配置し、再生器から圧縮空間へ通じる作動流体流路出
口を開閉する特許請求の範囲第１項記載のスターリング
エンジン。 - （６）流路開閉器を複数個の作動流体通過穴を備えた薄
肉厚の円筒で構成し、その内面をパワーピストンが往復
運動可能である特許請求の範囲第１項記載のスターリン
グエンジン。 - （７）流路開閉器に設けられた作動流体通過穴を、ディ
スプレーサーがその上死点及び下死点前後に位置した時
に作動流体流路が開き、ディスプレーサーがその振幅の
中間位置前後に位置した時には作動流体流路を閉じる様
に配置した特許請求の範囲第１項記載のスターリングエ
ンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216670A JPH0776543B2 (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | スタ−リングエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216670A JPH0776543B2 (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | スタ−リングエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6196164A true JPS6196164A (ja) | 1986-05-14 |
| JPH0776543B2 JPH0776543B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=16692080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59216670A Expired - Lifetime JPH0776543B2 (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | スタ−リングエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776543B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB697157A (en) * | 1943-08-25 | 1953-09-16 | Philips Nv | Improvements in or relating to hot-gas engines |
| JPS60155755U (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-17 | 三菱電機株式会社 | スタ−リングエンジン |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP59216670A patent/JPH0776543B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB697157A (en) * | 1943-08-25 | 1953-09-16 | Philips Nv | Improvements in or relating to hot-gas engines |
| JPS60155755U (ja) * | 1984-03-26 | 1985-10-17 | 三菱電機株式会社 | スタ−リングエンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0776543B2 (ja) | 1995-08-16 |
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