JPS63306263A - 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】 産業上の利用分野 本発明は熱機関の一種でありしかも外燃機関の一種であ
るスターリング機関に１ｍスる。

従来の技術 従来のこの種スターリング機関について第３図および第
４図とともに説明する。容器１内にはヘリウム、水素等
のスターリング機関の作業流体が封入されている。２は
作業流体を加熱するための加熱器、３は作業流体を冷却
するための冷却器、４は再生器である。６は容器１の内
壁と狭いすきまを保って容器１内を上下方向に運動する
ディスプレーサ、６は容器１の内壁と狭いすきまを保っ
て容器１内を上下方向に運動するピストン、７はピスト
ンらにロッド８を介して結合されている電機子、９は固
定子で電機子７と共にリニアオルタネータを構成してい
る。

また１０，１１．１２．１３は互いに連通しながら容器
１の外面から容器１の内面でピストン６に面する面へ貫
通して設けられた穴で容器１とピストン６とが接触しな
いように設けられた気体軸受の一構成要素である。また
バウンス空間１４と穴１０，１１．１２．１３とけ流路
１５で連通しており、その途中に逆止弁１６が設けられ
ている。

作用について説明すると、ディスプレーサ５が下方に下
がると、圧縮空間１７の体積は減少し、膨張空間１８の
体積は増加する。その為、圧縮空間１７の圧力は膨張空
間１８の圧力より高くなり、この差圧によって圧縮空間
１７および冷却器３の中にある低温の作業流体は再生器
４、加熱器２を通って膨張空間１８の方へ流れていく、
このとき作業流体は再生器４および加熱器２によって加
熱される、そして再生器４は逆に冷却される。

このようにして低温の作業流体が加熱される為圧縮空間
１７、冷却器３、再生器４、加熱器２、膨張空間１８を
合わせた空間（以下作動空間と略称する）の圧力が増加
しピスト／６を引下げる。

このときピストン６はロッド８を介してリニアオルタネ
ータ７．９に対して仕事をする。一方デイスプレーサ５
が下がり続けるとガスばね空間１９の圧力が次第に増加
し、ついにはディスプレーサ５は下がるのが止まり今度
は逆に上昇を始める。

ディスプレーサ６が上昇すると今度は圧縮空間１７の体
積は増加し膨張空間１８の体積は減少する。その為膨張
空間１８の圧力は圧縮空間１７の圧力より高くなりこの
差圧によって、膨張空間１８および加熱器２の中にある
高温の作業流体は再生器４、冷却器３を通って圧縮空間
１７の方へ流れていく、このとき作業流体は再生器４お
よび冷却器３によって冷却される。そして再生器４は逆
に加熱される。このようにして高温の作業流体が冷却さ
れる為作動空間の圧力が低くなシピストン６を引上げる
。このときピストン６はロッド８を介してリニアオルタ
ネータ７．９に対して仕事をする。

一部デイスプレーサ５が上がシ続けるとガスばね空間１
９の圧力は次第に減少し、ついにはディスプレーサ６は
上昇するのが止まり今度は逆に下降を始める。

以上述べたよりな−まわりの過程に於て作業流体は加熱
器２によって得た熱の一部をリニアオルタネータ７．９
に対する仕事に変え、また一部を冷却器３にすてるので
ある。

また通常ディスプレーサ５の位置の位相はピストン６の
位置の位相に対して６ｏ０〜９ｏ０進んでいる。

一部ピストン６が上下に運動すると、バウンス空間１４
の体積が変化し、それに伴って圧力が変化する。

このとき逆止弁１６の働きでバウンス空間１４の作業流
体は流路１５、穴１０，１１．１２．１３を通って容器
１とピストン６との狭いすきまに供給される、その為、
ピストン６は容器１に接触することなく上下に運動する
。

また穴１Ｑ　、　１１　、１２　、１３から出た作業流
体はその一部は作動空間に入り、一部はバウンス空間１
４に入る。

発明が解決しようとする間頂点 しかし、このような構造のものでは、気体軸受の穴１０
，１１，１２．１３に作業流体を供給する為に逆止弁１
６を用いており、この逆止弁１６はその開閉の度に運動
部品に応力が発生し、その為に長時間運転すると疲労に
より破壊するという問題があった。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決する本発明の・技術的な手段は
、ピストンにせん設されその一端は空間Ｓに開口し他の
一端は容器と出力ビストンとの摺動部に開口する流路Ａ
と、容器に設けられ、その一端Ｘは容器とピストンとの
摺動部に開口し、その他の一端Ｙは空間Ｓの圧力がその
平均圧力よシ高い時に流路Ａに連通ずるように容器とピ
ストンとの摺動部に開口している流路Ｂである。

作　　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、空間Ｓの圧力がその平均圧力がその平均圧力
より高い時に流路Ａと流路Ｂとが連通し、したがって空
間Ｓと容器と出力ビストンとの摺動部とが連通ずる。し
たがって空間Ｓの圧力は、容器とピストンとの摺動部の
圧力より高い為、空間Ｓの作業流体は容器と出力ビスト
ンとのすきまに供給され静圧気体軸受の原理で容器と出
力ビストンとが接触しないようになる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図および第２図において、容器２０内にはヘリウム
、水素等のスターリング機関の作業流体が封入されてい
る。２１は作業流体を加熱するための加熱器、２２は作
業流体を冷却するための冷却器、２３は再生器である。

２４は容器２ｏの内壁と狭いすきまを保って容器２０内
を上下方向に運動するディスプレーサ、２６は容器２ｏ
の内壁と狭いすきまを保って容器２０内を上下方向に運
動するピストン、２６はピストン２６にロッド２７を介
して結合されている轟電機子、２８は固定子２９で電機
子２６と共にリニアオルタネータを構成している。

また３０はその一端が圧縮空間３１に開口し、他の一端
は容器２ｏとピストン２５との摺動部に開口する流路、
３２．３３．３４，３６は容器２゜の外面から容器２０
の内面でピストン２５に面する面へ貫通して設けられた
穴である。３６は穴３２．３３，３４．３５を連通ずる
流路で圧縮空間３１の圧力がその平均圧力より高い時に
流梁０に連通する流路である。３７．３８はピストンリ
ングである。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。デ
ィスプレーサ２４が下方に下がると、圧縮空間３１の体
積は減少し、膨張空間３９の体積は増加する。その為、
圧縮空間３１の圧力は膨張空間３９の圧力より高くなり
、この差圧によって圧縮空間３１および冷却器２２の中
にある低温の作業流体は再生器２３、加熱器２１を通っ
て膨張空間３９の方へ流れていく、このとき作εＳ流体
は再生器２３および加熱器２１によって加熱される、そ
して再生器２３は逆に冷却される。

このようにして低温の作業流体が加熱される為圧縮空間
３１、冷却器２２、再生器２３、加熱器２１、膨張空間
３９を合わせた空間（以下作動空間と略称する）の圧力
が増加しピストン２６を引下げる。このときピストン２
６はロッド２７を介Ｌ−’ｌニアオルタネータ２６．２
９に対して仕事ラスる。一方デイスプレーサ２４が下が
り続けるとガスばね空間４ｏの圧力が次第に増加し、つ
いにはディスプレーサ２４は下がるのが止まり今度は逆
に上昇を始める。

ディスプレーサ２４が上昇すると今度は圧縮空間３１の
体積は増加し膨張空間３９の体積は減少する。その為膨
張空間３９の圧力は圧縮空間３１の圧力より高くなりこ
の差圧によって、膨張空間３９および加熱器２１の中に
ある高温の作業流体は再生器２３、冷却器２２を通って
圧縮空間３１の方へ流れていく、このとき作業流体は再
生器２３および冷却器２２によって冷却される。そして
再生器２３は逆に加熱される。このようにして高温の作
業流体が冷却される為作動空間の圧力が低くなりピスト
ン２６を引上げる。このときピストン２５けロッド２７
を介してリニアオルタネータ２６゜２９に対して仕事を
する。

一部デイスプレーサ２４が上がり続けるとガスばね空間
４０の圧力は次第に減少し、ついにはディスプレーサ２
４は上昇するのが止まり今度は逆に下降を始める。

以上述べたような−まわりの過程に於て作業流体は加熱
器２１によって得た熱の一部をＩＪ　ニアオルタネータ
２６．２９に対する仕事に変え、また一部を冷却器２２
にすてるのである。

また通常ディスプレーサ２４の位置の位相はピストン２
５の位置の位相に対して６０°〜９０°進んでいる。

一部ピストン２６が上下に運動すると、圧縮空間３１の
圧力は増減する。ところでピストン２６が上昇して圧縮
空間３１の圧力が平均圧力より増加した状態で流路３６
は流路３ｏと連通する。この為、圧縮空間３１の圧力は
流路３ｏおよび流路３６を通って穴３２，３３，３４．
３５より容器２゜とピストン２５とのすきまに伝えられ
る。そして気体軸受の作用によってピストン２６は容器
２Ｑに接触しない状態となる。したがって逆止弁１６を
用いることなく容器２０とピストン２６とを非接触の状
態にすることができる。またピストンリング３了、３８
は圧縮空間３１とバウンス空間４１との間の作業流体の
移動量を減少させて機関の図示効率の増加をはかってい
る。

なお本実施例に於ては、流路３０と流路３６とは圧縮空
間３１の圧力が平均圧力よシ高くなったときに連通ずる
ように構成されているが、流路３０がバウンス空間４１
が平均圧力より高くなったときに流路３６に連通ずるよ
うに構成されていても同様の気体軸受の作用を生じ同様
の効果が得られる。

さらに実施例に於てはピストン２６の負荷としてリニア
オルタネータ２６．２９を用いているが、これに限らず
圧縮機、ポンプ等を負荷としても同様の効果が得られる
。

発明の効果 本発明は、ピストンにせん設されその一端は空間Ｓに開
口し、他の一端は容器とピストンとの摺動部に開口する
流路Ａと、容器に設けられその一端Ｘは容器とピストン
との摺動部に開口しその他の一端子は空間Ｓの圧力がそ
の平均圧力より高い時に流路Ａに連通ずるように容器と
ピストンとの摺動部に開口している流路Ｂとを備えたス
ターリング機関であるので、従来例のように逆上弁を設
けなくても、静止気体軸受の作用でピストンと容器とを
非接触にすることができる。したがって逆止弁内にある
運動部品がなくなり、その為に逆止弁が破壊することが
なくなるのでスターリング機関の信頼性が向上するとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスターリング機関の縦断面
図、第２図は第１図の要部拡大断面図、第３図は従来例
のスターリング機関の縦断面図、第４図は同スターリン
グ機関の要部拡大断面図である。 ２０・・・・・・容器、２１・・・・・・加熱器、２２
・・・・・・冷却器、２３・・・・・・再生器、２４・
・・−・ディスプレーサ、２６・・・・・ピストン、２
６・・・・・リニアオルタネータの電機子、２９・・・
・リニアオルタネータの界磁、３０．３６・・・・・・
流路、３２，３３，３４．３５・・・・・・穴、３７．
３８・・・・・・ピストンリング。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ２０志３１ 第２図 ３３Ｘ 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器と、前記容器内に封入された作業、流体と、
   前記作業流体を加熱する加熱器と、前記作業流体を冷却
   する冷却器と、再生器と、容器の内壁に摺動自在に設け
   られその容器に対して運動しながら作業流体から仕事を
   されるピストンと、前記容器と前記ピストンとで囲まれ
   ピストンの運動に伴ってその体積が変化する閉空間Ｓと
   、ピストンにせん設されその一端は前記空間Ｓに開口し
   他の一端は容器とピストンとの摺動部に開口する流路Ａ
   と、容器に設けられその一端Ｘは容器とピストンとの摺
   動部に開口しその他の一端Ｙは前記空間Ｓの圧力がその
   平均圧力より高い時に前記流路Ａに連通するように容器
   とピストンとの摺動部に開口している流路Ｂとを備えた
   スターリング機関。
2. （２）空間Ｓはその中に加熱器を含む作動空間である特
   許請求の範囲第１項記載のスターリング機関。
3. （３）空間Ｓはその中に加熱器を含まない空間である特
   許請求の範囲第１項記載のスターリング機関。
4. （４）ピストンにピストンリングを設けた特許請求の範
   囲第１項記載のスターリング機関。