JPS63143371A - フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン - Google Patents

フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン

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JPS63143371A
JPS63143371A JP29101186A JP29101186A JPS63143371A JP S63143371 A JPS63143371 A JP S63143371A JP 29101186 A JP29101186 A JP 29101186A JP 29101186 A JP29101186 A JP 29101186A JP S63143371 A JPS63143371 A JP S63143371A
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照丸 原田
Kenichi Inota
猪田　憲一
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龍夫 藤田
Kinichi Adachi
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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 本発明はフリーピストン式スターリング・エンジンの位
置制御に関する。
従来の技術 外燃機関（あるスターリング機関は、高効率性、静粛性
、燃料の多様性などの多くの特長を備えている。スター
リング機関を構成上で大別するとディスプレーサ及び若
しくは動力ピストンがクランク機構などで拘束されてい
ないフリーピストン式スターリング機関とクランク機構
等にディスプレーサと動力ピストンを連結したスターリ
ング機関（以下、機械式スターリング機関と称す）とが
ある０ フリーピストン式スターリング機関は一般に動力ピスト
ンがクランク軸やコンロッドで拘束されていないため、
機械損失が少ないと言う利点がある。しかし、ディスプ
レーサやピストンが自由に動くため、これらがシリンダ
ー壁に衝突するのを防止するなど、位置制御は非常に重
要となる。
従来、この種の位置制御の方法としてセンター穴を利用
する方法があった（特開昭５８−４７１４１号公報）。
第４図に、フリーピストン式スターリング機関にセンタ
ー穴に用いた従来代表例を示す。
一般にピストン２１が往復動する際ピストン２１とシリ
ンダ２２との隙間からのガスの移動量には方向性が有る
ことが多い。つまり、ピストン２１の上方から下方に移
動するガス量と下方から上方に移動するガス量との移動
量差によって各空間の平均圧力に差が生ずる。この生じ
た圧力差によりピストン２１が圧力の低い方に押されシ
リンダー２２に衝突する。この例では、これを防止する
ため、空間２３と空間２４のガスの平均圧力に差がある
場合でも、往復動するピストン２１がある位置（例えば
ピストンの往復動のセンター位置）を通過する際、流路
２６と流路２６が連通し、ガスを移動させることによシ
、空間２３と空間２４の平均圧力のバランスを保ち、ピ
ストン２１をある位置を中心に往復動させようとするも
のである。
発明が解決しようとする問題点 上記従来の方式では、センター穴を通るガスによる動力
損が生ずるのでセンター穴や通路をあらゆる変化に対応
出来る程あまシ大きくとれず、作動空間内の圧力波形の
変化やピストンとシリンダー壁の隙間からの洩れ量の変
動にも対応できにくいため、ピストンの往復動の中心位
置も一定ではない。又、フリーピストン式スターリング
機関を、ヒートポンプの駆動源として圧縮機と一体で使
用する場合などでは、負荷変動に対応してピストンのス
トロークが変わる場合がある。この場合は、圧縮機の体
積効率を上げるために圧縮機のトップクリアランスを出
来るだけ小さくしなくてはならないが上記従来の方式で
は、ピストンを任意の位置に設定することは困難である
。
そこで、本発明は、フリーピストンが運転周波数のみな
らずストロークを変えることにより負荷変動に対応でき
るという特長を生かしながら、上記の問題点を解決しよ
うとするものである。
問題点を解決するだめの手段 本発明は、シリンダー内を往復動するピストンやディス
プレーサにより圧力的に分割される雨空間（ここで圧力
的に分割される空間とは位相も含めて圧力波形の異なる
空間のことを言う）を流量調節弁、逆止弁を備えだ流路
によ多連結しピストンやディスプレーサの位置を検出す
る装置（センサー）と制御回路を設けたことを特長とす
るフリーピストン式スターリング機関である。
作用 本発明は、ピストンやディスプレーサの位置を検出して
その位置に応じて、負荷の変動にも対応でき最適の位置
に調節出来るため、ストロークを変えることにより、例
えばエンジンの能力制御なども容易に行なえる為フリー
ピストン型の特長を生かすと同時にピストンがシリンダ
ー壁に衝突するのを防止することが出来る。
実施例 以下本発明の一実施例について、添付図面に基づいて説
明する。第１図は、エンジンにヒートポンプに用いる圧
縮機を組み込んだ例である。本図においで、ディスプレ
ーサ１が上下に往復動すると、スターリング機関内部に
封入されているヘリウム等の作動ガスが、加熱器２、再
生器３、冷却器４を通って高温空間５及び低温空間６の
間を往復する。例えば、ディスプレーサ１が上方に移動
すると、高温空間５内にある作動ガスは加熱器２を通り
、再生器３でガス自身の持っている熱を蓄熱し冷却器４
で冷却されて低温空間６側に移動する。この時、動力ピ
ストン７の上方側の空間にある作動ガスは低温空間ｅ側
にある割合が多くな゛り作動ガスの圧力は下が９動カピ
ストン７を引上げる。この時、ロッド８で連結されてい
る圧縮機ピストン９も上方に移動し、吸入弁１ｏが開い
て冷媒ガスを吸入する。逆に、ディスプレーサ１が下方
に移動すると、低温空間６にある作動ガスは冷却器４を
通り、再生器３に蓄熱された熱を吸収して加熱器２で加
熱され高温空間５側に移動する。
この時、動力ピストン７の上方側の空間の作動ガスは高
温空間６側にある割合が多くなり、作動ガス圧力は上昇
し、動力ピストン７を下方に押し下げる。この時、圧縮
ピストン９も下方に移動し、吐出弁１１が開いて冷媒ガ
スを吐出する。又、動力ピストン７の位置をセンサー１
２により検出し制御回路１３を通して流量調節弁１４の
開度を変えると逆止弁１５により、低温空間ｅ側の作動
ガス圧力がガス・バネ空間１６のガス圧力より高くなっ
た時、低温空間ｅ側の作動ガスは流路１７、流量調節弁
１４及び逆止弁１５を通りガス・バネ空間１６内に移動
して動力ピストン７の位置を制御しく本実施例の場合、
上方に押し上げ）ロッド８で連結されている圧縮機ピス
トン９の位置も任意の位置に設定できトップクリアラン
スも小さく出来るため、圧縮機の体積効率も上げる等の
制御が容易に出来る。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第２図は、他の実施例のスターリング機関の要部縦断面
図である。なお説明を簡単にするだめ第１図と共通する
素子には第１図と同一番号を付している。
この実施例では、流路の間に夕／り１８を備え、逆止弁
１６により、低温空間６の圧力がタンク１８内の圧力よ
り高くなった時に低温空間６の作動ガスはタンク１８内
に流入し蓄圧される（第３図の斜線で記した部分でガス
の流入が起こる）。蓄圧されたガスは、センサー１２、
制御回路１３により制御されたー量調節弁１４の開度に
応じてガス・バネ空間１６内に流入しピストン７や９の
位置を制御する。
この実施例では、動力ピストン側に流路を設けた例を示
したが、ディスプレーサ側の例えば低温空間とガスバネ
空間の間に流路を設けても良いこと、又、逆止弁の向き
も、作動ガスの洩れ方向に応じて変えること、更にセン
サーの位置は制御したい位置に取り付けて良いことは勿
論である。
発明の効果 以上のように本発明は、フリーピストン型スタＩＪング
機関において、ディスプレーサやピストンの様な往復動
する部材によって分離される空間を逆止弁や流量調節弁
を備えた流路で連通しており、又、センサーによって往
復動する部材の位置を検知し、制御回路によって流量調
節弁の開度を変えて、雨空間の平均圧力を変え、往復動
する部材の位置を任意に設定できるスターリング機関を
提供し得るもので′ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるフリーピストン型スタ
ーリング・エンジンの概略縦断面図、第２のフリーピス
トン式スターリング・エンジンの要部縦断面図である。 １・・・・・・ディスプレーサ、７・・・・・・動力ピ
ストン、１２・・・・・・センサー、１３・・・・・・
制御回路、１４・・・・・・流量調節弁、１５・・・・
・・逆止弁、１７・・・・・・流路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １１　呟ツサ ｗ＆２図 第３図 第４図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）シリンダー内の空間を、往復動するディスプレー
    サによって高温空間と低温空間とに分割し、前記高温空
    間と前記低温空間との間に、加熱器、再生器、冷却器を
    配した側路を形成し、前記シリンダーの低温空間に動力
    を取り出す動力ピストンを備え、前記ディスプレーサ及
    びもしくは動力ピストンにより圧力的に分割される空間
    を連通する流路とその流路の間に逆止弁および流量調節
    弁を設け、前記位置検出装置および前記位置検出装置の
    出力をもとに前記流量調節弁をコントロールする制御装
    置および位置検出装置を備え、前記逆止弁の向きは作動
    ガスの洩れ方向と逆にしたフリーピストン式スターリン
    グ・エンジン。
  2. （２）流路の一部にガスだめ空間を設けた特許請求の範
    囲第１項記載のフリーピストン式スターリング・エンジ
    ン。
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