JPH01249949A - スターリングエンジン - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はスターリングエンジンに係り、特に出力取出し
部の構造において、クランク軸の軸受による軸支位置か
ら作用点までの距離を短縮させ、それによってクランク
軸に要される剛性を軽減させるものに関する。

（従来の技術） 最近、高効率の機関としてスターリングエンジンが注目
されている。このスターリングエンジンは一般に次のよ
うな構成となっている。すなわち、作動ガスが封入され
た膨張シリンダと圧縮シリンダとの間には加熱用熱交換
器、再生器、及び冷却用熱交換器が介在されている。上
記膨張シリンダ内には膨張ピストンが往復動自在に設け
ら、又上記圧縮シリンダ内には圧縮ピストンが往復動自
在に設けられている。上記膨張ピストン及び圧縮ピスト
ンは夫々コネクティングロッドを介しである位相差をも
った状態でクランク軸に連結され−ている。このクラン
ク軸から回転動力を出力するものである。尚、上記作動
流体としては例えばヘリウムガスが使用される。

上記クランク軸の回転動作をさらに詳細に述べると、ま
ず作動流体が加熱用熱交換器により加熱されると膨張し
、この作動流体の膨張により膨張ピストンが膨張シリン
ダ内を下降する。この膨張ピストンの下降によりコネク
ティングロッドを介してクランク軸が回転する。クラン
ク軸の回転に伴って上記下降した膨張ピストンは上昇し
、膨張シリンダ内の作動流体を圧縮シリンダ側に押出す
。

かかる動作を繰返すことにより上記クランク軸が連続的
に回転するものである。

ところで、上記クランク軸の回転動力は既に述べたよう
に出力取出し部を介して外部に取出され、この出力取出
し部にはメカニカルシールが使用されている。以下この
メカニカルシールを使用した出力取出し部の構成を第３
図を参照して説明する。

図中符号１０１はクランク室１０２を形成しているケー
シングであり、このケーシング１０１の端部開口はフラ
ンジ１０３により閉塞されている。

上記クランク室１０２内にはクランク軸１０４が回転可
能に配設されており、その出力側端部は上記フランジ１
０３を貫通している。

上記フランジ１０３のクランク軸１０４の貫通部にはメ
カニカルシール１０５が装着されている。

このメカニカルシール１０５は、固定リング１０６、漏
れ止めリング１０７、圧縮リング１０８、この圧縮リン
グ１０８との間に圧縮スプリング１０９を収容する駆動
リング１１０とから構成されている。このメカニカルシ
ール１０５の上記クランク室１０２側には隔壁１１１が
設けられており、この隔壁１１１によりクランク室１０
２側とメカニカルシール室１１２とを液密に隔離してい
る。上記隔壁１１１のクランク軸貫通部にはオイルシー
ル１１３が装着されている。

上記隔壁１１１によりクランク室１０とメカニカルシー
ル室１１２とを隔離するのは、クランク室１０２側が高
圧であってそのままの状態ではメカニカルシール１０５
によるシール機能を損うことが懸念されるからであり、
隔壁１１１によりメカニカルシール室１１２側を低圧と
することによりシール性能の向上を図るものである。尚
、図中符号１１３は軸受である。

上記構成によると次のような問題がある。すなわち従来
の構成によるとクランク軸１０４の軸受１１３・による
軸支点から荷重が作用する作用点までの距離が比較的長
く（第３図中符号ａで示す距離）、それに起因してシー
ル性能の低下及び振動の発生が懸念されている。従来は
このような問題に対処するべく、クランク軸１０４の径
を大きくしてその剛性を高める手段がとられていた。し
かしながらクランク軸１０４の径の拡大は装置の大型化
及び物量の増大を誘発するだけでなく、摺動抵抗が増大
して、性能が低下するという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の構成にあっては、クランク軸の軸受に
よる軸支点から荷重の作用点までの距離が長く、それに
よってシール性能の低下及び振動発生という問題がある
とともに、かかる問題をクランク軸の径の拡大という手
段で対処した場合には、装置の大型化、物量の増大はも
とより、摺動抵抗の増大による性能低下という問題が生
じてしまう。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目
的とするところは、装置の大型化、物量の増大、及び性
能の低下を来たすことなく、偏動の発生及びシール性能
の低下という問題を解決することが可能なスターリング
エンジンを提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく、本願発明によるスターリング
エンジンは、膨張ピストン及び圧縮ピストンが夫々コネ
クティングロッドを介して連結されるクランク軸を収容
するクランク室を形成するケージジグと、上記ケーシン
グ内に設けられ上記クランク室の上記クランク軸の出力
側を隔離する隔壁と、上記ケーシングの上記クランク軸
貫通部を軸封し固定リング、この固定リングに圧接され
る漏れ止めリング、この漏れ止めリングを固定リング方
向に付勢する圧縮リング、この圧縮リングを付勢する圧
縮スプリング、および駆動リングからなるメカニカルシ
ールと、このメカニカルシールの上記圧縮リング又は駆
動リングと上記隔壁との間に装着されたオイルシールと
を具備したことを特徴とするものである。　　　゛ （作用）　　　　” 従来メカニカルシールとオイルシールとはクランク軸の
軸方向に異なる場所に夫々設置されており、その為少な
くともそれだけの軸方向長さがクランク軸に必要とされ
ていたのであるが、本発明では、メカニカルシールの圧
縮リング又は駆動リングと隔壁との間にオイルシールを
設置する構成としているので、メカニカルシールとオイ
ルシールとがクランク軸の軸方向の路間−箇所に設置さ
れたことになり、それによってクランク軸の軸受による
軸支位置から荷重作用点までの距離を短縮させることが
できる。したがって、従来のようにクランク軸の径を大
きくすることなくその剛性を高めることができ、シール
機能の低下及び振動発生という問題を解決することがで
きる。

オイルシールが装着されるのは、既に述べたように圧縮
リング又は駆動リングと隔壁との間であり、その内駆動
リングと隔壁との間に設けた場合には、圧縮リングと隔
壁との間に設けた場合よりもクランク軸の軸受による軸
支位置から荷重作用点までの距離の短縮度合は小さなも
のとなるが、従来に比べれば短縮させることができる。

尚、実施例では上記圧縮リングと隔壁との間にオイルシ
ールを設置したものを最も代表的な例として示す。

（実施例） 以下第１図及び第２図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本実施例によるスターリングエンジン
の構成を示す断面図であり、図中符号１はケーシングで
ある。このケーシング１内にはクランク軸２を収容する
クランク室３が形成されている。上記クランク室３の上
方には膨張シリンダ４が形成されており、この膨張シリ
ンダ４内には膨張ピストン５が往復動可能に配置されて
いる。この膨張ピストン５はコネクティングロッド６及
び７を介して上記クランク軸２に連結されている。

一方上記ケーシング１には圧縮シリンダ８が接続されて
おり、この圧縮シリンダ８内には圧縮ピストン９が往復
動可能に配置されている。この圧縮ピストン９はコネク
ティングロ・シト１０及び１１を介して上記クランク軸
２に連結されている。

上記膨張シリンダ４の上方位置には断熱材１２により包
囲された燃焼室１３が形成されており、又膨張シリンダ
４の頂部には加熱器としての伝熱管１４が複数本配設さ
れてる。この伝熱管１４はその内部に形成された作動流
体通路の一方を上記膨張シリンダ４に接続し、一方他方
の通路を再生器１５側に接続している。上記再生器１５
と圧縮シリンダ８との間には冷却器１６が配置されてい
る。又、上記燃焼室１３の上部には燃焼器１７が設置さ
れている。そして上記燃焼室１３内で発生した排気は予
熱器１８を介して排気筒１９より排出される。

次にクランク軸２の出力取出し部及びその近傍の構成を
第２図を参照して詳細に説明する。まずケーシング１の
出力側の端部には開口が形成されており、この開口はフ
ランジ２１を図示しないボルトによりケーシング１に固
定することにより閉塞されている。クランク軸２はこの
フランジ２１を貫通してその出力側端部をケーシングの
外に配置している。上記ケーシング１内には隔壁２２が
設置されており、この隔壁２２は上記クランク軸２を軸
支する軸受２３に固定されている。この隔壁２２により
クランク室３内の出力側端部を隔離している。ここで隔
離構造としている背景についてはクランク室３内の圧力
が高いという点がらであり、既に述べた通りである。上
記隔壁２２のクランク軸２の貫通部にはメカニカルシー
ル２４が装着されている。このメカニカルシール２４は
、漏れ止めＯレグ２５と、この漏れ止めリング２５に隣
接して取付けられた圧縮リング２６と、この圧縮リング
２６を圧縮する圧縮スプリング２７と、この圧縮リング
２７を支持する駆動リング２８と、シールリング２９と
から構成されている。また上記漏れ止めリング２５と上
記フランジ２１との間には固定リング３０が配置されて
いる。尚、上記圧縮リング２６が隔壁２２のクランク軸
２の貫通部位置に位置している。

上記圧縮リング２６と隔壁２２との間にはオイルシール
３１が装着されている。すなわち、従来はメカニカルシ
ールとオイルシールとがクランク軸の軸方向に異なる位
置に取付けられていたのに対して、本実施例ではこれを
クランク軸２の軸方向の同一場所に取付けたものであり
、それによってクランク軸２の必要長を短縮させるもの
である。

尚、上記圧縮リング２６の外周面、すなわち上記オイル
シール３１との接触面は超精細な表面粗さにて仕上げら
れており、かつ圧縮リング２６そのものが耐摩耗精に優
れた材料から形成されている。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

まず、クランク軸２の軸受２３による軸支位置から荷重
作用点までの距離（図中符号すで示す）を大幅に短縮さ
せることができる。これによってクランク軸２の剛性は
高くなり、振動の発生およびシール性能の低下を効果的
に防止することができる。

又、従来のようにクランク軸２の径を大きくする必要が
ないので、装置の大型化、物量の増大を来たすこともな
く、さらには摺動抵抗の増大それによる性能の低下もな
いものである。

又、圧縮リング２６のオイルシール３１との接触面は超
−精細な表面粗さにて仕上げされており、かつ圧縮リン
グ２６そのものが耐摩耗性に優れた材料から形成されて
いるので、シール機能は確実に維持されるものである。

さらに、本実施例の場合には簡単な構成で所期の目的を
達成することができるものであり、コスト的にも同等問
題はなく、また既設の設備に対しても容易に適用するこ
とができる。

尚、本発明は前記一実施例に限定されるものではす＜、
例えば駆動リング２８と隔壁２２との間にオイルシール
３１を設置するような構成でもよい。この場合にもある
程度の距離の短縮は可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によるスターリングエンジン
によると、クランク軸の軸受による軸支位置から荷重作
用点までの距離を短縮させることができるので、クラン
ク軸の径を大きくすることなくその剛性を高めることが
でき、それによって装置の大型化及び物量の増大等の問
題を誘発することなく、振動防止及びシール性能の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図はスターリングエンジンの断面図、第２図は出力取出
し部の断面図、第３図は従来の出力取出し部の断面図で
ある。 １・・・ケーシング、２・・・クランク軸、３・・・ク
ランク室、５・・・膨張ピストン、９・・・圧縮ピスト
ン、６．７，９．１０・・・コネクティングロッド、２
２・・・隔壁、２３・・・軸受、２４・・・メカニカル
シール、２６・・・圧縮リング、２８・・・駆動リング
、４３・・・オイルシール。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　膨張ピストン及び圧縮ピストンが夫々コネクティング
   ロッドを介して連結されるクランク軸を収容するクラン
   ク室を形成するケーシングと、上記ケーシング内に設け
   られ上記クランク室の上記クランク軸の出力側を隔離す
   る隔壁と、上記ケーシングの上記クランク軸貫通部を軸
   封し固定リング、この固定リングに圧接される漏れ止め
   リング、この漏れ止めリングを固定リング方向に付勢す
   る圧縮リング、この圧縮リングを付勢する圧縮スプリン
   グ、および駆動リングからなるメカニカルシールと、こ
   のメカニカルシールの上記圧縮リング又は駆動リングと
   上記隔壁との間に装着されたオイルシールとを具備した
   ことを特徴とするスターリングエンジン。