JPS6315566Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主として教材等に利用される熱ガス機
関の構造に関するもので、その目的とするところ
は小出力ながら効率のよい機関を提供することに
ある。

以下、本考案の実施例を図面により説明するが
第１図は正面図、第２図は平面図、第３図は右側
面図、第４図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第５図
は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第６図は遮熱板の底
面図である。

主に第３図、第４図を参照して１０２は２枚の
板材１，２をシール部材８を介して重合形成した
加熱器であり、５０６は加熱器１０２同様の冷却
器であり、これは冷却筒６の底板と板材５をＯリ
ング１３を介して重ね合わせて形成したものであ
る。このため加熱器１０２，冷却器５０６ともそ
の合わせ目からの作動ガスの洩れはない。また加
熱器１０２と冷却器５０６の作動ガス伝熱側壁に
は環状の溝４２，４４が刻設され、これらの溝４
２，４４は作動ガス空間の一部を形成していて加
熱器１０２の加熱壁側の周囲にはフランジ２６を
設けている。さらに加熱器１０２と冷却器５０６
は間隔を介して互いに対向し、両者間に高温膨張
シリンダー３と再生器４とが並列に配置される。
ところで高温膨張シリンダー３の加熱器１０２と
冷却器５０６に接する部分はシール部材９，１１
でシールされており、同様に再生器４の端面もシ
ール部材１０，１２でシールされている。

また再生器４はその両開口が加熱器１０２およ
び冷却器５０６の溝４２，４４を通じて高温膨張
シリンダー３および低温圧縮シリンダー７の内部
に連通され、内部には図示しないが細かいメツシ
ユの金網が多数枚充填されている。そして冷却筒
６は冷却水槽５０を含んで水冷されるようになつ
ていて、冷却筒６の底板上にシール部材５９を介
して低温圧縮シリンダー７を配置してある。さら
に低温圧縮シリンダー７と前記した高温膨張シリ
ンダー３とは同一軸上にあり、該低温圧縮シリン
ダー７の上面にはアームサポート１４とクランク
サポート１５，１５が設けられている。

またアームサポート１４にはデイスプレーサー
ピストンアーム２４とパワーピストンアーム２５
の一端がそれぞれ連結ピン２９，３０で支持さ
れ、クランクサポート１５，１５にはクランク１
７のクランク軸１８，１８が回転自在に固定さ
れ、該クランク軸１８，１８にフライホイール１
６，１６が固定されている。

さて高温膨張シリンダー３と低温圧縮シリンダ
ー７内にはデイスプレーサーピストン１９とパワ
ーピストン２０が配置され、両ピストン１９，２
０は両シリンダー３，７内を往復動し得るように
なつている。勿論デイスプレーサーピストン１９
の上部に一体成型されたデイスプレーサーガイド
２１はパワーピストン２０のピストンボデイ４０
内を往復動し得る。

第５図をも参照するとそれぞれのピストン１
９，２０は連結板２２，２３の下端に固定され、
またそれぞれの連結板２２，２３の上端は連結ピ
ン２７，２８を介してデイスプレーサーピストン
アーム２４およびパワーピストンアーム２５に連
結されている。このためデイスプレーサーピスト
ン１９とパワーピストン２０の往復運動により両
ピストンアーム２４，２５は揺動運動する。

一方デイスプレーサーピストンアーム２４およ
びパワーピストンアーム２５の他端は連結ピン３
１，３２を介して連接棒５２，５３に連結され、
また該連接棒５２，５３の他端はそれぞれベアリ
ング３５，３５を介してクランク１７のクランク
ピン３４に連結されている。このためクランクピ
ン３４を固定したクランク車６０，６１，６２，
６３は回転運動をし、同様にクランク車６０，６
３に固定したクランク軸１８，１８を介してフラ
イホイール１６，１６が回転運動する。

ここでデイスプレーサーピストン１９には前記
したようにデイスプレーサーガイド２１が一体的
に取付けられその内部は中空になつており前記し
た連結板２２が貫通している。

また該連結板２２の下端は連結ピン等でデイス
プレーサーガイド２１に連結固定されている。さ
らにデイスプレーサーピストン１９の内部は中空
になつており内部に断熱材（図示せず）が充填さ
れている。

冷却器５０６の冷却筒６の上部には冷却器カバ
ー４６が被せてあり、該冷却器カバー４６と冷却
筒６にはそれぞれ継手４７，４８が設けられてい
る。なお、継手４８にはメクラキヤツプ４９が組
付けられている。

一方、加熱器１０２と冷却器５０６の間におけ
る高温膨張シリンダー３と再生器４には取付筒５
７，５８を介して遮熱板５６が貫装支持されてい
る。遮熱板５６は上下２枚のいわゆる上遮熱板３
６と下遮熱板３８の間に断熱材３３を介在させて
形成した傘状のものであり、その外径は加熱器１
０２の外径より大きくなつている。具体的には上
下の遮熱板３６，３８の周囲には、加熱器１０２
側に傾斜する傾斜部３７，３９が形成され、上遮
熱板３６の傾斜部３７下端のフランジ径φD₁は加
熱器１０２の外径φD₂より大きい。

以上のような構成からなる実施例の作用につい
て以下に説明する。

まず冷却器カバー４６に設けてある継手４７か
ら冷却水を注いで冷却水槽５０に冷却水を充満さ
せる一方、適当な燃焼装置例えばガスバーナ５１
で加熱器１０２の底面を加熱すると高温膨張シリ
ンダー３、加熱器１０２、再生器４、冷却器５０
６、低温圧縮シリンダー７の内部空間４５に密封
された空気は加熱器側で加熱され、冷却器側で冷
却される。このときフライホイール１６，１６を
手動回転するとクランク１７のクランクピン３４
に連結されている連接棒５２，５３が作動し、連
結ピン３１，３２によつてそれぞれ連結されてい
るデイスプレーサーピストンアーム２４とパワー
ピストンアーム２５が揺動する。この結果、各々
のアーム２４，２５に連結されている連結板２
２，２３が上下動し起動力が与えられ、最終的に
はデイスプレーサーピストン１９とパワーピスト
ン２０は温度と圧力の周期的な変化に同期して往
復運動を継続する。というのは起動後はデイスプ
レーサーピストンアーム２４とパワーピストンア
ーム２５とがある位相差（例えば90゜）をもつて
揺動することで、連結板２２，２３に連結されて
いるデイスプレーサーピストン１９およびパワー
ピストン２０がそれぞれ高温膨張シリンダー３お
よび低温圧縮シリンダー７内を前記の位相差で往
復動するため、内部空間に密封された作動ガスが
加熱器側と冷却器側を移動するからである。

換言すれば起動後は密封された作動ガスが加熱
空間４１、加熱器１０２の溝４２、再生器４の空
間４３、冷却器５０６の溝４４および冷却空間４
５からなる作動ガス空間を往復動し、周期的にそ
の温度と圧力が変化し、このことからパワーピス
トン２０の往復動が継続される。

なお、上記したパワーピストン２０の動作原理
は通常のスターリング機関の動作原理と全く同様
である。

勿論デイスプレーサーピストン１９とパワーピ
ストン２０の往復動の継続により連結板２２，２
３を介してアーム２４，２５が揺動し、連接棒５
２，５３を通じてクランク車６０，６１，６２，
６３およびフライホイール１６，１６は回転を継
続する。

さてここでこの機関の出力、効率を向上させる
ためには、ガスバーナ５１の燃焼加熱による熱入
力が機関内部の作動ガスに効率よく伝えられるこ
とが極めて重要である。そのためには、ガスバー
ナ５１の高温の燃焼ガスが冷却器５０６側へ逃げ
てしまういわゆる熱損失をできるだけ抑え、加熱
器１０２の有効加熱面積を増加させることが有効
な方法となる。

然るに実施例では上下２枚の遮熱板３６，３８
を一体的に組合わせ、加熱器１０２と冷却器５０
６間の高温膨張シリンダー３と再生器７に貫装さ
せしかも遮熱板５６は加熱器１０２側に向かつて
下方に傾斜し、その端面のフランジ径φD₁を加熱
器１０２の外径φD₂より大きく設定しているた
め、ガスバーナ５１の燃焼ガスが加熱器１０２側
から冷却器５０６側へ素通りして逃げてしまうこ
とがなく、したがつて熱損失の大幅な減少が達成
される。

しかも実施例によれば上下遮熱板３６，３８間
に断熱材３３を充填しているので、輻射熱による
冷却器５０６側の温度上昇も防止できると同時に
遮熱板５６の遮熱空間５４に集められた高温の燃
焼ガスは逆に加熱器１０２の上面５５を加熱する
ため、この面も加熱器の加熱面となり、加熱空間
４１と加熱器の溝４２に存する作動ガスを有効に
加熱できる効果もある。

また、長時間ガスバーナ５１で加熱していると
冷却水槽５０の冷却水は初期温度より上昇してき
て、加熱器側と冷却器側の温度差が初期より小さ
くなり効率の低下をきたすが冷却筒６に取付けて
あるメクラキヤツプ４９を取り外し冷却水を排出
すると同時に冷却器カバー４６上に設けてある継
手４７から新しい冷却水を補給すれば、加熱器側
と冷却器側の温度差は増大し、効率、出力とも初
期の性能を確保することができる。

以上のように本考案によれば、ガスバーナの高
温の燃焼ガスが冷却器側へ逃げてしまう熱損失を
減少でき、あわせて加熱器の有効加熱面積を増大
させることができるので、小出力ながら高効率の
熱ガス機関を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による一実施例の正面図、第２
図は同様の平面図、第３図は同様の右側面図、第
４図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第５図は第１図
のＢ−Ｂ線断面図、第６図は同様の遮熱板の底面
図である。 １……板材、２……板材、３……高温膨張シリ
ンダー、４……再生器、５……板材、６……冷却
筒、７……低温圧縮シリンダー、８……シール部
材、９……シール部材、１０……シール部材、１
１……シール部材、１２……シール部材、１３…
…Ｏリング、１４……アームサポート、１５……
クランクサポート、１６……フライホイール、１
７……クランク、１８……クランク軸、１９……
デイスプレーサーピストン、２０……パワーピス
トン、２１……デイスプレーサーガイド、２２…
…連結板、２３……連結板、２４……デイスプレ
ーサーピストンアーム、２５……パワーピストン
アーム、２６……フランジ、２７……連結ピン、
２８……連結ピン、２９……連結ピン、３０……
連結ピン、３１……連結ピン、３２……連結ピ
ン、３３……断熱材、３４……クランクピン、３
５……ベアリング、３６……上遮熱板、３７……
傾斜部、３８……下遮熱板、３９……傾斜部、４
０……ピストンボデイ、４１……加熱空間、４２
……加熱器の溝、４３……再生器空間、４４……
冷却器の溝、４５……冷却空間、４６……冷却器
カバー、４７……継手、４８……継手、４９……
メクラキヤツプ、５０……冷却水槽、５１……ガ
スバーナ、５２……連接棒、５３……連接棒、５
４……遮熱空間、５５……加熱器の上面、５６…
…遮熱板、５７……取付筒、５８……取付筒、５
９……シール部材、６０……クランク車、６１…
…クランク車、６２……クランク車、６３……ク
ランク車、１０２……加熱器、５０６……冷却
器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 加熱器および冷却器を互いに対向させ、かつ
   該加熱器および冷却器間に高温膨張シリンダー
   と再生器を並列に配置する一方、該冷却器上部
   には高温膨張シリンダーと同軸上に低温圧縮シ
   リンダーを配置し、しかも該高温膨張シリンダ
   ーおよび低温圧縮シリンダー内にそれぞれデイ
   スプレーサーピストンおよびパワーピストンを
   往復動自在に配置した熱ガス機関において、前
   記加熱器および冷却器間の高温膨張シリンダー
   と再生器に遮熱板を貫装したことを特徴とする
   熱ガス機関。 (2) 前記遮熱板は上下２枚の板の間に断熱材を介
   在させた傘状のものであり、その外径は加熱器
   の外径より大きくなつていることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の熱ガス機
   関。 (3) 前記遮熱板は高温膨張シリンダーおよび再生
   器に支持されている実用新案登録請求の範囲第
   １項または第２項記載の熱ガス機関。