JP2541983B2 - スタ−リングエンジン - Google Patents

スタ−リングエンジン

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JP2541983B2 JP62140199A JP14019987A JP2541983B2 JP 2541983 B2 JP2541983 B2 JP 2541983B2 JP 62140199 A JP62140199 A JP 62140199A JP 14019987 A JP14019987 A JP 14019987A JP 2541983 B2 JP2541983 B2 JP 2541983B2
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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
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • 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
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    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/04Crank-connecting-rod drives

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

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に関し、特に作動
空間の平均圧力を加圧又は減圧してエンジンの出力制御
を行う出力制御機構に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は例えば、G.ワーカー(G.WALKER)著 「スタ
ーリングエンジン(STIRLING ENGINE)」 オクスフォ
ード大学刊行物(OXFORD UNIVERSITY PRESS 1980)に示
されたような従来のスターリングエンジンの断面構成図
である。図において、1はヒータ、2は再生器、3はク
ーラ、4は高温側空間、5は低温側空間、6は反動室、
7はクランク室、8はバッファ室である。また、17は作
動空間4,5からの出力を取り出すクランク軸、27は作動
空間の平均圧力を減圧し、バッファ室8へ作動ガスを充
填するための圧縮機、28は作動空間の平均圧力を調節す
るためのコントロールバルブ、29はコントロールバルブ
28中のスライダである。
次に動作について説明する。
第3図に示したようなスターリングエンジンでは、高
温側空間4,ヒータ1,再生器2,クーラ3,及び低温側空間5
で構成される作動空間の作動ガスの仕事が、回転仕事と
してクランク軸17により外部に取り出される。この仕事
は作動空間の作動ガスの平均圧力に比例するので、出力
制御は上記作動空間の平均圧力をコントロールバルブ28
により調節して行う。
即ち、上記コントロールバルブ28中のスライダ29が第
3図に示す状態のとき、作動空間の平均圧力は一定とな
る。そして上記スライダ29が左方向へ少し移動すると、
作動空間の作動ガスは圧縮機27によりバッファ室8へ充
填され、作動空間の平均圧力は減圧される。上記スライ
ダ29がさらに左方向へ移動すると、作動空間と反動室6
とが連通され、アンローダとして作用する。上記スライ
ダ29が右方向へ移動すると、バッファ室8にチャージさ
れていた作動ガスが作動空間へ送られ、平均圧力が増圧
される。
このようにして作動空間の平均圧力を増圧,減圧する
ことにより出力制御を行う。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のスターリングエンジンは以上のように構成され
ているので、エンジンの出力制御用の補機として圧縮機
が必要であり、このため余分な動力を必要とする等の問
題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、エンジン出力制御用の圧縮機を必要とせ
ず、余分な動力を消費することなしに出力制御を行うこ
とができるスターリングエンジンを得ることを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るスターリングエンジンは、作動空間,
反動室,及びこれらの平均圧力を調節する2つのバッフ
ァ室とを備えたものにおいて、 上記反動室から作動空間を順方向とする逆止弁を介し
て上記反動室と作動空間とを連通し、 上記作動空間と2つのバッファ室それぞれとを、作動
空間からバッファ室を順方向とする逆止弁と開閉弁,及
び各バッファ室の出入口に設けられた開閉弁を介して連
通し、 上記反動室と2つのバッファ室それぞれとを、バッフ
ァ室から反動室を順方向とする逆止弁と開閉弁,及び各
バッファ室の出入口に設けられた開閉弁を介して連通
し、 上記各室を連通する共通の連通路に初期状態設定用の
開閉弁が設けられ、 上記各開閉弁の開閉により上記作動空間と反動室の平
均圧力を調節して出力制御を行うようにしたものであ
る。
〔作用〕
この発明においては、 反動室から作動空間へ作動ガスが流れるように反動室
と作動空間とを連通したので、作動空間内のガスの圧力
変動の最低圧力が反動室のガスの圧力変動の最高圧力に
ほぼ等しくなるように作用し、 作動空間と2つのバッファ室とを作動空間からバッフ
ァ室へ作動ガスが流れるように開閉弁を介して連通した
ので、上記開閉弁を開けることにより作動空間内の作動
ガスがバッファ室へチャージされるように作用し、 反動室と2つのバッファ室とをバッファ室から反動室
へ作動ガスが流れるように開閉弁を介して連通したの
で、上記開閉弁を開けることによりバッファ室内の作動
ガスが反動室へチャージされるように作用し、 さらに初期状態設定用開閉弁のみを閉じてエンジンを
運転することにより、2つのバッファ室の圧力はそれぞ
れ動作空間の変動圧力の最低圧力と反動室の変動圧力の
最高圧力になるように作用する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。第1図
は本発明をディスプレーサ型スターリングエンジンに適
用した場合の一実施例を示し、図において、1はヒータ
ー、2は再生器、3はクーラ、4は高温側空間、5は低
温側空間、6は反動室、7はクランク室、8aは第1バッ
ファ室、8bは第2バッファ室である。9はディスプレー
サ、10はディスプレーサ9に連結されたディスプレーサ
ロッド、11はディスプレーサロッド10に連結されたディ
スプレーサコンロッド、12はパワーピストン、13はパワ
ーピストン12に連結されたパワーピストンロッド、14は
パワーピストンロッド13を介してパワーピストン12と連
動するクロスヘッド、15a,15bはクロスヘッド14に連結
されたパワーピストンコンロッド、16はクランクケー
ス、17はディスプレーサコンロッド11とパワーピストン
コンロッド15a,15bに連結されたクランク軸、18はメカ
ニカルシール、19は潤滑油である。
また、20は作動空間の低温側空間5と反動室6とを連
通し、作動室6から低温側空間5を順方向とする逆止
弁、21は低温側空間5とバッファ室8a,8bとを開閉弁23,
25,26,30を介して連通し、低温側空間5からバッファ室
8a,8bを順方向とする逆止弁、22は反動室6とバッファ
室8a,8bとを開閉弁24,25,26,30を介して連通し、バッフ
ァ室8a,8bから反動室6を順方向とする逆止弁である。
次に動作について説明する。
上記のように構成されたスターリングエンジンにおい
ては、逆止弁20により作動空間内の作動ガスの圧力変動
の最低圧力は反動室6のガスの圧力変動の最高圧力にほ
ぼ等しくなる。
今、ヒータ1,再生器2,クーラ3,高温側空間4,及び低温
側空間5から構成される作動空間の平均圧力が最も高い
状態(第2図(a)参照)にあり、開閉弁30は常時
「開」の状態にあるとする。
この状態から開閉弁23,25を開けると、作動空間のガ
スは第1バッファ室8aへ流入し、作動空間の平均圧力は
下がり、第1バッファ室8aの圧力は上がる。ここで、開
閉弁23か25の少なくとも一方を閉じると、その時の状態
で作動空間の平均圧力は安定する(第2図(b)参
照)。さらに開閉弁23,25を開け続けると、作動空間の
作動ガスの圧力変動の最高圧力と第1バッファ室8aの圧
力がほぼ等しくなり(第2図(c)参照)、作動空間の
平均圧力は中間の状態となる。この時開閉弁23,25は
「開」,「閉」どちらの状態でもよい。
次に開閉弁25は閉じ、開閉弁23,26を開けると、作動
空間の作動ガスは第2バッファ室8bへ流入し、作動空間
の平均圧力は下がり、第2バッファ室8bの圧力は上が
る。ここで、開閉弁23か26の少なくとも一方を閉じる
と、その時の状態で作動空間の平均圧力は安定する(第
2図(d)参照)。さらに開閉弁23,26を開け続ける
と、作動空間の作動ガスの圧力変動の最高圧力と第2バ
ッファ室8bの圧力がほぼ等しくなり(第2図(e)参
照)、作動空間の平均圧力が最も低い状態となる。この
時開閉弁23,26は「開」,「閉」どちらの状態でもよ
い。
次に増圧する場合について説明する。
上記第2図(e)に示す状態から、開閉弁23,25を閉
じ、開閉弁24,26を開けると、第2バッファ室8bの作動
ガスが反動室6へ流入し、反動室6の平均圧力が上が
り、作動空間の平均圧力が上がる。ここで、開閉弁24か
26の少なくとも一方を閉じると、その時の状態で作動空
間の平均圧力は安定する(第2図(d)参照)。さらに
開閉弁24,26を開け続けると、反動室6の圧力変動の最
低圧力と第2バッファ室8bの圧力がほぼ等しくなり(第
2図(c)参照)、作動空間の平均圧力は中間の状態と
なる。この時開閉弁24,26は「開」,「閉」どちらの状
態でもよい。
次に開閉弁26を閉じ、開閉弁24,25を開けると、第1
バッファ室8aの作動ガスが反動室6へ流入し、反動室の
平均圧力が上がり、作動空間の平均圧力が上がる。ここ
で、開閉弁24か25の少なくとも一方を閉じると、その時
の状態で作動空間の平均圧力は安定する(第2図(b)
参照)。さらに、開閉弁24,25を開け続けると、反動室
の圧力変動の最低圧力と第1バッファ室8aの圧力がほぼ
等しくなり(第2図(a)参照)、作動空間の平均圧力
は最高圧力の状態となる。
次に初期状態設定用開閉弁30の動作について説明す
る。
作動空間と反動室6とクランク室7と2つのバッファ
室8a,8bの圧力が任意の状態の時、開閉弁30のみ閉じ、
開閉弁23,24,25,26を開けてエンジンを運転すると、第
1バッファ室8aの圧力は作動空間の変動圧力の最高圧
力,第2バッファ室8bの圧力は反動室6の変動圧力の最
低圧力に等しくなり(第2図(c)参照)、作動空間の
平均圧力は中間圧力の状態となり、作動空間と反動室6
と2つのバッファ室8a,8bの各圧力状態が定常動作時の
圧力状態に設定される。
このようにして開閉弁23〜26,30を開閉制御すること
により、作動空間の平均圧力、即ちエンジンの出力を任
意に幅広く調節できる。
なお、上記実施例では本発明をディスプレーサ型スタ
ーリングエンジンに適用した場合について説明したが、
本発明は他のタイプのスターリングエンジン、例えば2
ピストン型スターリングエンジン,ダブルアクティング
型スターリングエンジン等に適用してもよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例ではバッファ室が2つの場合を示し
たが、それ以上でもよく、バッファ室が多いほど作動空
間の平均圧力の可変幅、即ちエンジン出力の制御幅は大
きくなり、同様の効果を奏する。
さらに、本発明では初期設定用の開閉弁を設けた場合
について説明したが、各作動空間と反動室とバッファ室
の圧力状態の初期設定が行われているエンジンにおいて
は、この開閉弁がなくてもよく、本発明と同様の効果を
奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、作動空間,反動
室,及びこれらの平均圧力を調節する2つのバッファ室
とを備えたスターリングエンジンにおいて、上記各室間
を逆止弁を介して連通するとともに、その各連通路及び
各バッファ室の出入口に開閉弁を設け、この各開閉弁の
開閉制御により上記作動空間と反動室の平均圧力を調節
して出力制御を行うようにしたので、出力制御用の補機
として圧縮機が不要となり、余分の動力を必要とせず、
任意に大幅にエンジン出力を制御できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるスターリングエンジ
ンを示す断面構成図、第2図はその動作を説明するため
の特性図、第3図は従来のスターリングエンジンを示す
断面構成図である。 1……ヒータ、2……再生器、3……クーラ、4……高
温側空間、5……低温側空間、6……反動室、7……ク
ランク室、8……バッファ室、12……パワーピストン、
16……クランクケース、17……クランク軸、20〜22……
逆止弁、23〜26,30……開閉弁。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スターリングサイクルを行う作動空間と、 この作動空間からの出力を得るためのパワーピストンに
    対し上記作動空間と反対側に形成された反動室と、 上記作動空間あるいは反動室の平均圧力を調節するため
    の第1,第2バッファ室とを備えたスターリングエンジン
    であって、 上記反動室と作動空間とは、上記反動室から作動空間を
    順方向とする逆止弁を介して連通され、 上記作動空間と第1,第2バッファ室とは、上記作動空間
    からバッファ室を順方向とする逆止弁及び開閉弁と、各
    バッファ室の出入口に設けられたバッファ室用開閉弁と
    を介して連通され、 上記反動室と第1,第2バッファ室とは、上記各バッファ
    室から反動室を順方向とする逆止弁及び開閉弁と、各バ
    ッファ室の出入口に設けられたバッファ室用開閉弁とを
    介して連通され、 上記作動室,反動室,及び第1,第2のバッファ室を連通
    する共通の連通路に初期状態設定用の開閉弁が設けら
    れ、 上記各開閉弁の開閉を制御して上記作動空間と反動室の
    平均圧力を調節し、エンジンの出力制御を行うようにし
    たことを特徴とするスターリングエンジン。
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