JPS63309754A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS63309754A
JPS63309754A JP14475987A JP14475987A JPS63309754A JP S63309754 A JPS63309754 A JP S63309754A JP 14475987 A JP14475987 A JP 14475987A JP 14475987 A JP14475987 A JP 14475987A JP S63309754 A JPS63309754 A JP S63309754A
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JP
Japan
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container
space
rod
working fluid
displacer
Prior art date
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Pending
Application number
JP14475987A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Inota
猪田 憲一
Terumaru Harada
照丸 原田
Kinichi Adachi
足立 欣一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP14475987A priority Critical patent/JPS63309754A/ja
Publication of JPS63309754A publication Critical patent/JPS63309754A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/0535Seals or sealing arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/0435Hot 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 the engine being of the free piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2253/00Seals
    • F02G2253/03Stem seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2253/00Seals
    • F02G2253/06Bellow seals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (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。

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関する。
従来の技術 従来のこの種スターリング機関について第4図とともに
説明する。容器1内には、リウム、水素3”−′ 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だめの加熱器、3は作業流体を冷
却するだめの冷却器、4は再生器である。5は容器1の
内壁と狭いすき1を保って容器1内を上下に運動するデ
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内を上下に運動するピストン、7はピストン6に
結合された電機子、8は界磁で、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9はディスプレーサ5の一部をなすロッド、1oは
容器1とロッド9とで囲まれたガスはね空間である。ま
たロッド9は容器1の一部である軸受11で支持されて
いる。
作用について説明すると、ディスプレーサ6が下方に下
がると、圧縮空間12の体積は減少し、膨張空間13の
体積は増加する。その為、圧縮空間12の圧力は膨張空
間13の圧力より高くなシ、この差圧によって圧縮空間
12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13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
12、冷却器3、再生器4、加熱器2膨張空間13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6を引下げる。このときピストン6はリニア
オルタネータ7.8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1o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12の体
積は増加し膨張空間13の体積は減少する。
その為膨張空間13の圧力は圧縮空間12の圧力よシ高
くなりこの差圧によって、膨張空間13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12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5 へ−7 される為作動空間の圧力が低くなりピストン6を引上げ
る。このときピストン6はリニアオルタネータ7.8に
対して仕事をする。
一部デイスプレーサ5が上がり続けるとガスはね空間1
0の圧力は次第に減少し、ついにはディスプレーサ5は
上昇するのが止t、b今度は逆に下降を始める。
以上述べたような−まわシ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7.8
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e O’% ca o”Jんでいる
一方ロッド9と軸受11の潤滑はロッド9あるいは軸受
11の摺動面に固体潤滑剤を塗装する方法か、あるいは
軸受11からロッド9と軸受11のすきまに作業流体を
流入させ静圧気体軸受を構成してロッド9を軸受11に
接触しないように支持する方法が用いられていた。なぜ
なら、スターリング機関では潤滑油が作動空間に入ると
分解して6  ’−−ノ 再生器マトリクスをつまらせるためである。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは、次のような問題が
あった。
先ず固体潤滑剤を塗装する方法ではロッド9と軸受11
とのすべり距離と共に固体潤滑剤が摩耗し、ついには固
体潤滑剤がなくなり金属同志が直接接触しスコーリング
が起こりロッド9が軸受11に対して動かなくなるとい
う現象が起こる。
次に静圧気体軸受を用いる方法では、軸受11からロッ
ド9と軸受11のすきまに作業流体を流入させる為には
作業流体の圧力を」−昇させる為のポンプが必要となシ
、ポンプを駆動する為に余分のエネルギーを消費すると
いう不具合がある。
問題点を解決するだめの手段 本発明の技術的な手段は、圧縮空間内に容器およびロッ
ドと共に閉空間を形成するようにロッドと容器とにわた
って設けられた変形可能な隔壁1と、ガスばね空間内に
容器およびロッドと共に閉空間を形成するように設けら
れた変形可能な隔壁2と、前記閉空間に封入された潤滑
剤である。
作   川 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■1および空間v2には潤滑剤が封入さ
れているので、容器とロッドとのすきまに潤滑剤が供給
されろう この結果従来のようにロッドあるいは軸受に塗装されて
いる固体潤滑剤がなくなシロノドが軸受に対して動かな
くなることもなく、また静圧気体軸受のようにポンプを
必要としないので余分のエネルギーを消費することもな
い。
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、14は容器でその中には
スターリング機関の作動流体であるヘリウム、水素等が
封入されている。15は作業流体を加熱するための加熱
器、16は作業流体を冷却するだめの冷却器、17は再
生器である。18は容器の内壁と狭いすきまを保って容
器14内を上下に運動するディスプレーサ、19は容器
14の内壁と狭いすきまを保って容器14内を上下に運
動するピストン、2OAはピストン19に結合された電
機子、20Bは界磁で電機子2OAと共にリニアオルタ
ネータを構成している。
また21はディスプレーサ18の一部をなすロッドで容
器14の一部である軸受22と摺動するように配設され
ている。また23はロッド21と一体に設けられた7ラ
ンジ、24はリング、26はフランジ23とリング24
を結合するベローズ、26はリング24と容器14とを
結合するベローズである。まだ27はロッド21と一体
に設けられた7ランジ、28はリング、29はフランジ
27とリング28を結合するベローズ、3oはリング2
8と容器14とを結合するベローズである。また空間3
1、および空間32には油が封入されている。また33
は作業流体貯蔵用のタンク、作業流体を圧縮するための
圧縮機、止弁等からなシ、容器14内に作業流体を送り
込んで容器14内の作業流体の平均圧力を増加させたシ
、逆に容器149 ヘー/゛ 内から作業流体を抜いて容器14内の作業流体の平均圧
力を減少させる圧力調整装置である。34はバウンス空
間35と圧力調整装置33とを弁36を介して連通する
流路、37はガスばね空間38とバウンス空間36とを
弁39を介して連通ずる流路である。
次に、この一実施例の構成における作用を説明する。
先ずディスプレーサ18が下方に下がると、圧縮空間4
0の体積は減少し、膨張空間41の体積は増加する。そ
の為、圧縮空間40の圧力は膨張空間41の圧力よシ高
くなり、この差圧によって圧縮空間4oおよび冷却器1
6の中にある低温の作業流体は再生器17.加熱器16
を通って膨張空間41の方へ流れていく、このとき作業
流体は再生器17および加熱器15によって加熱される
、そして再生器17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
4o、冷却器16、再生器17、加熱器15膨張空間4
1を合わせた空間(以下作動空間と略10 t・−) 称する)の圧力が増加しピストン19を引下げる。
このトキヒストン19はリニアオルタネータ20A。
20Bに対して仕事をする。一方デイスプレーサ18が
下がり続けるとガスばね空間38の圧力が次第に増加し
、ついにはディスプレーサ18は下がるのが止まシ今度
は逆に上昇を始める。
ディスプレーサ18が上昇すると今度は圧縮空間40の
体積は増加し膨張空間41の体積は減少する。その為膨
張空間41の圧力は圧縮空間40の圧力は圧縮空間4o
の圧力より高くなシこの差圧によって、膨張空間41お
よび加熱器15の中にある高温の作業流体は再生器17
、冷却器16を通って圧縮空間40の方へ流れていく、
このとき作業流体は再生器17および冷却器16によっ
て冷却される。そして再生器17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19を引」−げる。
このときピストン19はリニアオルタネータ20A。
20Bに対して仕事をする。一方デイスプレーサ18が
上がシ続けるとガスばね空間38の圧力は11 ′・−
ン 次第に減少し、ついにはディスプレーサ18は上昇する
のが止″!、シ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15によって得た熱の一部をリニアオルタネータ2O
A、20Bに対する仕事に変え、また一部を冷却器16
にすてるのである。
また通常ディスプレーサ18の位置の位相はピストン1
9の位置の位相に対して60°〜90°進んでいる。
ところでディスプレーサ18の上下動に伴ってディスプ
レー+j18の一部であるロッド21も上下に運動する
。空間31..32には非圧縮性である油が封入されて
いるのでロッド21が上下に運動しても空間31.32
の体積は変わらない。したがって、ロッド21の上下運
動に伴ってベローズ25.26およびベローズ29,3
0は伸縮し、空間31.32の体積が変わらないように
ベローズ25.26およびベローズ29.30が運動す
る。
このように空間31.32には油が封入されているので
ロッド21と軸受22とのすきまには油が供給される。
一部ピストン19の振動数を増加させるときは弁36を
開にし圧力調整装置33によシ作業流体を容器14内に
送シ込む、逆にピストン19の振動数を減少させるとき
には弁を開にし圧力調整装置33により作業流体を容器
14から抜出す。このとき弁39は常にわずかに開いて
おり、したがってガスばね空間38の作業流体の平均圧
力は、容器14内の他の部分の作業流体の平均圧力と等
しくなるようになっている。
したがって、圧力調整装置33のはたらきで容器14内
の作業流体の平均圧力が変化しても、膨張空間41とガ
スばね空間38の作業流体の平均圧力に差が生じ、その
為にディスプレーサ18が時間と共に上昇あるいは下降
して容器14の内壁に衝突することがない。
次に本発明の他の実施例について説明する。
第3図は他の実施例を示しており、この実施例では、第
1の実施例のフランジ23、ベローズ26.13 1、
−/゛ リング24、ベローズ26からなる隔壁をゴム膜42も
って構成している。また第1の実施例のフランジ27、
ベローズ29、リング28、ベローズ3Qからなる隔壁
をゴム膜43をもって構成している。
本実施例に於ても空間44.45には油が封入されてい
るのでロッド21と軸受22とのすきまには油が供給さ
れ潤滑が行われるという効果がある。
なお以上二つの実施例に於ては機関の負荷としてリニア
オルタネータを用いているが、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、ロッドと容器とは別個に設けられた空間内に
封入された潤滑剤によって潤滑が行われる。したがって
従来の固体潤滑剤による潤滑のように、固体潤滑剤がは
がれ落ちてロッドが容器に対して動かなくなるという欠
点が解消される。また従来の静圧気体軸受による潤滑の
ようにポンプ14 l−/ を駆動する為の余分のエネルギーを必要とすることもな
い。
【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図は本発明
の他の実施例スターリング機関の要部拡大断面図、第4
図は従来例のスターリング機関の縦断面図である。 14・・・・・・容器、15・・・・・・加熱器、16
・・・・・・冷却器、17・・・・・再生器、18・・
・・・・ディスプレーサ、19・・・・・・ピストン、
2OA・・・・・・リニアオルタネータの電機子、20
B・・・・・・リニアオルタネータの界磁、21・・・
・・・ロッド、22・・・・・軸受、23 、27・・
・・・・7ランジ、24.28・・・・・・リング、2
5 、26 。 29.30・・・・・・ベローズ、33・・・・・・圧
力調整装置、34.37・・・・・・流路、36.39
・・・・・・弁、42゜43・・・・・・ゴム膜。

Claims (5)

    【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、容器に対して運動しながら作動
    流体から仕事をされ負荷に対して仕事をするピストンと
    、前記容器に対して運動しその容器と共に加熱器にのみ
    連通する空間である膨張空間を形成しさらに前記容器と
    共に冷却器に連通する圧縮空間を形成するように設けら
    れたディスプレーサと、前記ディスプレーサの一部であ
    るロッドと、ロッドと容器とで囲まれるガスばね空間と
    、前記圧縮空間内に容器およびロッドと共に閉空間V1
    を形成するようにロッドと容器とにわたって設けられた
    変形可能な隔壁W1と、前記ガスばね空間内に容器およ
    びロッドと共に閉空間V2を形成するように設けられた
    変形可能な隔壁W2と、空間V1あるいはV2内に封入
    された潤滑剤とを有するスターリング機関。
  2. (2)ガスばね空間内で容器と隔壁W2とで囲まれしか
    もその中にロッドを含まない空間と容器内でV1、V2
    以外の空間とを連通する流路を有する特許請求の範囲第
    1項記載のスターリング機関。
  3. (3)潤滑剤に油を用いた特許請求の範囲第1項記載の
    スターリング機関。
  4. (4)隔壁W1又はW2の一部をベローズをもって構成
    した特許請求の範囲第1項記載のスターリング機関。
  5. (5)隔壁W1又はW2の一部をゴム膜をもって構成し
    た特許請求の範囲第1項記載のスターリング機関。
JP14475987A 1987-06-09 1987-06-09 スタ−リング機関 Pending JPS63309754A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61152948A (ja) * 1984-12-26 1986-07-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関
JPS627959A (ja) * 1985-07-02 1987-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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