JPS62210247A - 外部加熱による熱機関 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はスターリングエンジン等の外部加熱による熱
機関に関するものである。

（従来の技術） 第４図に従来のフリーピストン式スターリング機関の一
例を示す（特願昭６０−１０３４３２号参照）。

図の装置６１は、上側にエンジン６２と、その下側にヒ
ートポンプ６３とをそれぞれ有するものを示している。

この装置はエンジン作動室６４とヒートポンプ作動室６
５とバウンス室６６とから形成されると共に、これら作
動室６４．６５内にはそれぞれ上部ディスプレーサ６７
と下部ディスプレーサ６８とが摺動自在に配置されてい
る。また中央にはピストン部材６９が上下動自在に配置
され、この部材６９に形成された上部ピストン７０と下
部ピストン７１とがそれぞれ上記各室６４．６５．６６
内に配設されている。そして上記ピストン部材６９及び
各ディスプレーサ６７．６８は、その中央部において、
上下方向に延びるディスプレーサロフト７２にガイドさ
れており、このロッド７２の上下両端部と各ディスプレ
ーサ６７．６８との間には、ガスばね７３．７４がそれ
ぞれ形成されている。また上記ディスプレーサロッド７
２は、その軸方向の中央部の位置に、径方向外方へと延
びるフランジ７５を有し、このフランジ７５は密閉容器
７６に固定されている。なお上記ピストン部材６９は、
上部ピストン７０と下部ピストン７１との間が連結片７
７．７７によって連結されたような構造を有しており、
この連結片７７、７７が上記フランジ７５に設けた透孔
７８．７８内を貫通して上下に延びている。

そして上記エンジン６２は加熱器８０、再生器８１及び
冷却器８２を有し、また上記ヒートポンプ６３は、吸熱
器８３、再生器８４及び放熱器８５を有している。

また上記ピストン部材６９は、上記上部ピストン７０の
下部に連設された筒状部８６を有しており、一方上記フ
ランシフ５にはマグネット受台８７が装着されている。

そして上記筒状部８６とマグネット受台８７との間に、
往復駆動力を発生するための電磁気装置８８が介設され
ている。この場合の電磁気装置８８は、筒状部８６に装
着された環状のコイル８９と、マグネット受台８７に装
着された環状のマグネット９０とから構成されている。

上記の構成により、起動用電源を上記コイル８９に接続
すると、上記コイル８９に交流電流が流れ、ピストン部
材６９にこれを揺動させようとする力が作用する。そし
てピストン部材６９が揺動すると、エンジン作動室６４
に充虜されている作動ガスは圧縮・膨張を繰り返すこと
になり圧力変動が生じる。エンジン作動室６４の内部の
作動ガスは、加熱器８０、再生器８１及び冷却器８２を
通じて全体が連通しているために、上記作動ガスの圧力
変動はエンジン作動室６４の内部で均一に起こる。この
結果、エンジンのディスプレーサである上部ディスプレ
ーサ６２には、ディスプレーサロッド７２の断面積に上
記圧力変動を乗じただけの力が加わり、上部ディスプレ
ーサ６２も揺動を開始する。上部ディスプレーサ６２が
一旦揺動を開始すると、エンジン作動室６４の内部の作
動ガスは、上部ディスプレーサ６２の動きに伴って、加
熱器８０、再生器８１及び冷却器８２を通って往復流動
をする。この結果、作動ガスが加熱器８０から冷却器８
２へと向かって流れるときには、作動ガスは冷却され、
エンジン作動室６４の圧力は下がり、逆に作動ガスが冷
却器８２から加熱器８０へ向かって流れるときには作動
ガスは加熱されてエンジン作動室６４の圧力は上がる。

すなわち、上部ディスプレーサ６２の揺動によって、エ
ンジン作動室６４の作動ガスは、加熱器からの吸熱、冷
却器への排熱を繰り返して圧力が変動する。

この圧力変動は、ピストン部材６９の揺動による圧縮・
膨張の繰り返しによって引き起こされる上述の圧力変動
に重畳されて、さらにピストン部材６９と上部ディスプ
レーサ６２の揺動を促進し、ピストン部材６９の振幅は
次第に大となり°、コイル８９への電流を遮断した後も
、フリーピストン式スターリングエンジンの作動原理に
従って振動は持続し、装置は起動することになるのであ
る。

この結果、ヒートポンプ６３は、ピストン部材７１を介
してエンジン６２から駆動され、フリーピストン式スタ
ーリングヒートポンプの作動原理に従ってヒートポンプ
として作動することになる。

この第４図の例においては、エンジン６２の負荷として
ヒートポンプ６３が接続されている場合について示した
が、エンジンの負荷として発電機、あるいは流体ポンプ
等地の装置が接続されている場合についても、第４図と
同様に、ピストンに往復駆動力を発生する装置を設ける
ことにより起動させることができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記したスターリング機関においては、ピスト
ン部材６９を加振することによって装置を起動させる構
成であるため、次のような欠点が指摘される。それは電
磁気装置のコイル８９に起動用電源を接続してピストン
部材６９を揺動させようとする場合には、比較的多くの
パワーを要するということである。すなわち、上記のよ
うなピストン加振による方法では、ピストン部材６９の
往復動によって、まず圧力変動を作り出し、その圧力変
動でさらにディスプレーサ６７を動かさなければならず
、ピストン部材６９とディスプレーサ６７との両者を動
かすだけのパワーを電磁気装置８８から供給する必要が
生ずるためである。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、少ないパワーで起動する
ことが可能な外部加熱による熱機関を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の外部加熱による熱機関においては、デ
ィスプレーサとこのディスプレーサを案内するディスプ
レーサロッドとの間に、往復駆動力を発生するための電
磁気装置を介設しであるゆ（作用） 上記の結果、装置の起動は電磁気装置によりディスプレ
ーサを加振することによって行う訳であるが、このよう
にディスプレーサを加振して行う場合は、ガスの移動が
あるため、直接的に圧力変動を作り出すことができ、そ
のためピストンを動かす場合よりも少ないパワーで起動
することが可能となるのである。

（実施例） 次にこの発明の外部加熱による熱機関の具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図はこの発明をフリーピストン式スターリングエン
ジンに通用した例を示しているが、図に示す以外の基本
構成は上記従来例（第４図）で説明したものとほぼ同一
であるので、それらの説明は省略する。図において、■
はエンジン作動室内に摺動自在に配置された上部ディス
プレーサであって、この上部ディスプレーサ１は、その
中央部において図面上、上下方向に延びるディスプレー
サロッド２によって案内されている。そしてこの場合、
上記上部ディスプレーサ１の内部中央には上記ディスプ
レーサロッド２に沿う方向のシリンダ３がリング板状の
シリンダ保持部４を介して本体と一体的に設けられ、こ
のシリンダ３内に上記ディスプレーサロッド２の上端部
に設けられたピストン部材５が摺動自在に嵌入されてい
る。したがって上記ディスプレーサ１の内部は上下二基
に分割され、これにより上部ガスばね６と下部ガスばね
７とが形成されている。上記ピストン部材５は、鉄心と
して作用するものであって、周囲に形成された凹入部８
に環状のコイル９が装着されている。一方これに対応し
て上記シリンダ３の外周には凹溝１０が形成され、その
凹溝１０内に環状のマグネット１１が装着されている。

つまり上記ディスプレーサ１とディスプレーサロッド２
との間には、上記コイル９とマグネット１１とより成る
往復駆動力発生用のりニアモータ１２が介設されている
のである。なおピストン部材５の周囲には上記凹入部８
より下方の位置に凹溝１３が形成され、この凹ｉ１３内
に上記シリンダ３の内周面に当接するピストンリング１
４が装着されている。

上記したフリーピストン式スターリングエンジンにおい
ては、コイル９にディスプレーサロッド２を介して交流
電流を流すと、この電流とシリンダ３に形成されている
磁界との関係によって、ディスプレーサ１に対して、こ
れを揺動させようとする力が作用することになる。そし
てこの力によってディスプレーサ１が加振され、その振
幅が次第に大となるのであるが、この場合、上記従来例
で述べたようにメインのピストン部材６９を加振するの
と異なり、ガスの移動を伴うため、直接的に圧力変動を
作り出すことができ、結果、少ないパワーで装置を起動
することが可能となる。すなわち、ディスプレーサ１の
往復動によって作動ガスが、加熱器、再生器、冷却器（
いずれも図示せず）を通って移動し、この際に作動ガス
の加熱・冷却が繰り返されることによって圧力変動が発
生することを利用するものであり、つまり外部熱源から
の熱エネルギを利用してピストン部材５を動かそうとす
るものであるため、従来のようにピストン部材６９とデ
ィスプレーサ６７との両者を動かすのに比較して、起動
装置１２に必要なパワーを減少し得るのである。またこ
の実施例のものによれば、リニアモータ１２がディスプ
レーサ１内に配置されていることから、従来例の装置と
異なり、リニアモータ１２用に別途スペースを用意しな
くて済み、装置全体をコンパクトに構成することが可能
である。

第２図は他の実施例を示している。すなわち上記実施例
においては、ディスプレーサロッド２側にコイル９を装
着し、ディスプレーサ１側にマグネット１１を装着した
例を示したのであるが、図に示すように、これらを逆に
して実施することも可能である。図における装置は、デ
ィスプレーサロッド２の上端部にディスプレーサ１内の
シリンダ３に摺動自在に嵌入するピストン部材２０が設
けられ、このピストン部材２０の上面中央部にマグネッ
ト１１が装着されている。またこのマグネット１１の上
に、上記シリンダ３の外周部を囲う上端閉塞の筒状鉄心
２１が装着されている。なおディスプレーサロッド２及
びピストン部材２０も鉄心として作用することは上記実
施例と変わらない。そして上記筒状鉄心２工の下部内周
面に対応して、上記シリンダ３の外周に凹溝１０が形成
され、この凹溝内に環状のコイル９が装着されている。

このような構成の装置においても、上記実施例と同様に
、直接的に圧力変動を作り出して少ないパワーで起動す
ることが可能となる。

ところで上記においては、フリーピストン式スターリン
グエンジンを例に挙げて説明したのであるが、この発明
は第３図に示すような熱駆動ヒートポンプ（特願昭６０
−１０６２８０号参照）にも適用可能である。この第３
図の熱駆動ヒートポンプについて説明すると、図におい
て、２６は上下２室に区画された筒状の密閉容器であっ
て、この密閉容器２６内の上部の位置には高温シリンダ
２７が、またその下部の位置には低温シリンダ２日がそ
れぞれ配置され、各シリンダ２７．２８内に高温ディス
プレーサ２９と低温ディスプレーサ３０とが往復動自在
に配置されている。各ディスプレーサ２９．３０は、一
対のディスプレーサガイド３１．３２に案内されるもの
であって、各ディスプレーサ２９．３０と各ディスプレ
ーサガイド３１．３２との間にはそれぞれガスばね３３
．３４が介設されている。上記高温ディスプレーサ２９
の上部には、高温の膨張室３５が、またその下部には常
温の圧縮室３６がそれぞれ形成されており、両室３５．
３６間は作動ガス流路３７にて連通している。この作動
ガス流路３７内には、膨張室３５側から順に、加熱器３
８、再生器３９及び冷却器４０が介設されている。一方
上記低温デイスプレーサ３０の下部には、低温の膨張室
４１が、またその上部には常温の圧縮室４２がそれぞれ
形成されており、両室４１．４２は作動流体流路４３に
て連通している。この作動流体流路４３には、低温の膨
張室４１側から順に、吸熱器４４、再生器４５及び放熱
器４６が介設されている。なお上記雨中温室４２．４６
は連通孔４７にて連通した状態となっている。

そして上記熱駆動ヒートポンプにおいては、上記高温デ
ィスプレーサ２９と低温ディスプレーサ３０とが自励振
動し、吸熱器４４を介して外部から熱を吸収すると共に
、２つの熱交換器４０．４６から外部へ熱を排出するよ
うな作動をなすことになるのである。このような機関に
おいて、上記機構を適用した場合にも、起動性は良好な
ものとなる。

（発明の効果） この発明の外部加熱による熱機関においては、ディスプ
レーサとディスプレーサロッドとの間に、往復駆動力を
発生するための電磁気装置を介設し、起動に際しては、
ディスプレーサを加振し、ディスプレーサの往復動によ
って作動ガスが、加熱器、再生器、冷却器を通って移動
し、この際に作動ガスの加熱・冷却が繰り返されること
によって圧力変動が発生することを利用するものである
ため、すなわち外部熱源からの熱エネルギを利用してピ
ストン部材を動かして起動を行なうものであるため、従
来のピストン部材とディスプレーサとの両者を動かして
起動を行なう場合に比較して、起動装置に必要なパワー
を減少することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の外部加熱による熱機関の一実施例を
示す要部の縦断面図、第２図は他の実施例を示す要部の
縦断面図、第３図はこの発明の実施に好適な熱駆動ヒー
トポンプの一例を示す中央縦断面図、第４図は従来例の
縦断面図である。 ｌ・・・上部ディスプレーサ、２・・・ディスプレーサ
ロッド、１２・・・リニアモータ。 特許出願人　　　　　　　　川崎重工業株式会社第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、作動室内に、ディスプレーサが往復動自在に配置さ
   れると共に、このディスプレーサを案内するディスプレ
   ーサロッドが設けられて成る外部加熱による熱機関にお
   いて、上記ディスプレーサとディスプレーサロッドとの
   間に、往復駆動力を発生するための電磁気装置が介設さ
   れていることを特徴とする外部加熱による熱機関。