JPH01249951A - 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、特にピストン背
面空間に連通するバッファタンクを備えたスターリング
エンジンに関する。

（従来の技術） 近年、省エネルギーの一環としてスターリングエンジン
が見直され、熱心な研究が行われている。スターリング
エンジンには種々の形態のものがあるが、例えばＬ型と
呼称されている２ピストン方式のものを例にとると、膨
脹シリンダ及び膨脹ピストンと圧縮シリンダ及び圧縮ピ
ストンにより形成された作動空間内に作動ガスを封入し
、膨脹シリンダと圧縮シリンダとの間に高温熱交換器と
再生器及び低温熱交換器を接続し、作動ガスを加熱・冷
却して膨脹・収縮させることにより、クランク室内のク
ランクを回転させ、出力を取出すように構成されている
。

この種のスターリングエンジンでは、ピストンが往復動
する際にシリンダ内のピストン背面空間における作動ガ
スが抵抗となってエンジンの出力。

効率が低下するのを防止するために、ピストン背面空間
にパイプを介してバッファタンクを連通させ、ピストン
背面空間内の作動ガスまたは空気が圧縮力を受ける時に
は、それをピストン背面空間からパイプを通してバッフ
ァタンクに逃がし、抵抗を減らしている。

一方、膨脹ピストン及び圧縮ピストンにそれぞれ設けら
れるクロスヘツド部のシール性を向上させ、クロスヘツ
ド部の小型化を図るために、クランク室内にも作動ガス
を充填させ、クランク室とバッファタンクをパイプで結
ぶ場合がある。

しかしながら、このような構造のスターリングエンジン
では、クランク室内の潤滑油がパイプを通してバッファ
タンクへ侵入した後、バッファタンクからパイプを通っ
てピストン背面空間へも侵入し、最終的に作動空間へ入
って熱交換器等に付着するおそれがある。この結果、エ
ンジン性能及び信頼性が低下する。

このような事態を避けるためには、バッファタンクとク
ランク室とを連通させるパイプの途中にオイルフィルタ
を設！すればよい、しかし、このようなオイルフィルタ
を設けると、ピストン背面空間における作動ガス及び空
気の流動抵抗が大きくなり、エンジン性能の低下を招く
ばかりでなく、エンジンの設置スペースが増大し、組立
てや整備が煩雑となる。

また、膨脹ピストンと圧縮ピストン及び各ピストンに設
けられたクロスヘツド部で発生した騒音が、ピストン背
面空間とバッファタンクとを連通させるパイプの内面を
反射しつつバッファタンクに伝わり、バッファタンクか
ら拡大放射されて、エンジンの騒音レベルが高くなると
いう問題もあった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のスターリングエンジンでは、クランク
室内の潤滑油がバッファタンクを介して順次ピストン背
面空間、作動空間へ侵入するおそれがあり、エンジン性
能及び信頼性の低下の要因となっている。この対策のた
めにバッファタンクとクランク室とを連通させるパイプ
の途中にオイルフィルタを設けると、ピストン背面空間
での作動ガス及び空気の流動抵抗が増大することによる
エンジン性能の低下、設置スペースの増大及び組立て・
整備の煩雑化という問題が生じる。

また、膨脹ピストンと圧縮ピストン及びクロスヘツド部
で発生する騒音がバッファタンクによって拡大されて放
射され、エンジンの静粛性が損なわれるという問題があ
った。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、ピストン背面空間の作動ガス及び空気の流動抵抗の
増大や設置スペースの増大組立て・整備の煩雑化を伴わ
ず、簡単な手段によりクランク室内の潤滑油がピストン
背面空間に侵入するのを防止してエンジン性能及び信頼
性の向上を達成でき、同時にバッファタンクでの騒音拡
大作用を抑制して、静粛性を向上させることができるス
ターリングエンジンを提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、スターリングエンジンのピストン背面空間に
及びクランク室に連通して設けられたバッファタンクの
内面に、焼結金属板または発泡金属板のような多孔質金
属板を配置したことを特徴とする。

（作　用） バッファタンク内面に設けられた多孔質金属板は、作動
ガス及び空気がクランク室からピストン背面空間に移動
する際、またはピストン背面空間からクランク室に移動
する際に、バッファタンク内の潤滑油を毛細管現象によ
り吸収する作用を持つ。

バッファタンクは比較的大きな容積を持ち、ここで′の
作動ガス及び空気の流速が低下するので、バッファタン
ク内に配置された多孔質金属板による潤滑油吸収能力は
高い、これによりクランク室からバッファタンクを介し
てピストン背面空間に潤滑油が侵入するのを抑制でき、
このバッファタンク内の多孔質金属板単独で、また場合
によってはバッファタンクとクランク室とを結ぶパイプ
内に補助的に設置される比較的小型なオイルフィルタの
併用によって、作動空間への潤滑油の侵入によるエンジ
ン性能及び信頼性の低下が防止される。

また、バッファタンク内部はバッファタンクとクランク
室とを結ぶパイプ内部より作動ガス及び空気の流速が小
さいことと、多孔質金属板はバッファタンク内面に配置
されていて作動ガス及び空気の流れの妨げとなりにくい
ことにより、ピストン背面空間の作動ガス及び空気の流
動抵抗は上記パイプ内にオイルフィルタを設けた場合に
比較して小さくなる。

さらに、バッファタンク内面に設けた多孔質金属板は、
ピストンやクロスヘツド部で発生し、バッファタンクに
伝わった騒音を吸収して熱エネルギ等に変換する作用を
持つため、バッファタンクでの騒音の拡大が防止される
。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実Ｍ例に係る２ピストン式のスター
リングエンジンの構成を示す断面図である。

同図において、膨脹シリンダ１と圧縮シリンダ２との間
には、高温熱交換器３と再生器４及び低温熱交換器５が
接続され、膨脹シリンダ１内の膨脹ピストン６と圧縮シ
リンダ２内の圧縮ピストン７は、クランク室８内のクラ
ンク９にピストンロッド１２，１３及びコネクティング
ロッド１０゜１１をそれぞれ介して接続されている。

シリンダ１，２及びピストン６．７で形成された゛作動
空間内には作動ガス、例えばＨｅガスが封入されている
。

ピストンロッド１２，１３は、膨脹シリンダ１及び圧縮
シリンダ２の内壁に支持されたクロスヘツド部１４．１
５によりそれぞれ案内されて往復動する。

一方、膨脹シリンダ１及び圧縮シリンダ２内のピストン
６．７の背面空間１６．１７には、パイプ１８．１９を
それぞれ介してバッファタンク２１が連通されている。

また、バッファタンク２１はさらにパイプ２０を介して
クランク室８とも連通している。

そして、バッファタンク２１の内面に、焼結金属板また
は発泡金属板からなる多孔質金属板２２が接着固定され
ている。この多孔質金属板２２の材質としては、アルミ
ニウムのような軽量材がエンジンの軽量化のために好ま
しい。

次に、このように構成されたスターリングエンジンの動
作を説明する。

高温熱交換器３で作動ガスが加熱されて膨脹すると、膨
脹シリンダ１内の膨脹ピストン６が押し下げられ、クラ
ンク軸９が回転する。クランク軸９が上り行程に入った
時、膨脹シリンダ１内の作動ガスは再生器４で熱を奪わ
れた後、低温熱交換器５に移送され、圧縮シリンダ２内
に供給される。

これにより、クランク軸９は圧縮ピストン７によってさ
らに回転させられる。

次いで、膨脹ピストン６が再度下り行程に入る時、圧縮
シリンダ２内の作動ガスは再び再生器４に移送され、こ
こで再生器４に蓄えられている熱を吸収した後、高温熱
交換器３で更に加熱され、膨脹して膨脹シリンダ１内に
供給される。

このような作動ガスの加熱・冷却による膨脹・収縮によ
り、膨脹ピストン６と圧縮ピストン７がある位相差を持
って往復動し、この往復動によってクランク軸９が回転
して外部に出力が取出される。

膨脹ピストン６及び圧縮ピストン７がそれぞれ押し下げ
られる時は、ピストン背面空間１６゜１７にある作動ガ
スや空気は圧縮を受けるが、ピストン背面空間：６，１
７はパイプ１８．１９をそれぞれ介してバッファタンク
２１に連通しているため、圧縮を受けた作動ガス及び空
気はバッファタンク２１へ逃げる。これによりピストン
６゜７の往復動時の抵抗が減じられる。

ここで、バッファタンク２１はパイプ２０を介してクラ
ンク室８とも連通しているため、クランク室８内の潤滑
油がバッファタンク２１に入り込む、バッファタンク２
１に入った潤滑油は、作動ガス及び空気がクランク室８
からピストン背面空間１６．１７に移動する際、または
ピストン背面空間１６．１７からクランク室８に移動す
る際に、バッファタンク２１内面上の多孔質金属板２２
に吸着される。

バッファタンク２１内では作動ガス及び空気の流速が低
いので、多孔質金属板２２による潤滑油吸着効果は大き
く、クランク室８とバッファタンク２１とを結ぶパイプ
２０の途中にオイルフィルタを挿入した場合に比較して
、同一容積では実効的により大きな吸着効果を持つ。

また、このようにバッファタンク２１内で潤滑油が吸着
されることと、多孔質金属板２２はバッファタンク２１
内面に設けられ、作動ガス及び空気の流れを妨げること
が少ないことから、ピストン背面空間１６．１７内の作
動ガス及び空気の流動抵抗はパイプ２０の途中にオイル
フィルタを挿入した場合より格段に小さい。

このように多孔質金属板２２を設けることによって、作
動ガス及び空気の流動抵抗増大によるエンジン性能の低
下を伴うことなく、ピストン背面空間１６．１７への潤
滑油の侵入を防止できる。

また、バッファタンク２１内面に多孔質金属板２２を設
けた場合には、パイプ２０にオイルフィルタを設置した
場合に比ベエンジンの設置スペースが小さくなる。しか
も、組立てや整備の際にオイルフィルタが邪魔になるこ
とがないので、作業が容易となる。

さらに、ピストン６．７やクロスヘツド部１４゜１５で
発生した騒音がパイプ１８．１９の内側を反射してバッ
ファタンク２１に伝わったとき、この騒音の音響エネル
ギの一部は多孔質金属板２２によって吸収され、熱エネ
ルギ等に変換される。

これによって、騒音がバッファタンク２１で拡大されて
放射されることがなくなる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば第１図では多孔質金属板２２をバッファタンク２
１の内面全面に設けているが、−部に設けてもよいし、
断面部に配置してもよい。

また、この多孔質金属板２２では例えば容積が十分でな
いために潤湧油吸収能力が不足する場合は、補助的に従
来と同様にクランク室８とバッファタンク２１とを結ぶ
パイプ２０の途中にオイルフィルタを設けてもよい、そ
の場合、オイルフィルタはあくまで補助的なものであり
、小型なものでよいから、設置スペースや組立て・整備
性の間組は少なく、またピストン背面空間１６．１７に
おける作動ガス及び空気の流動抵抗の増加も僅かで済む
。

さらに、実施例では２ピストン式のスターリングエンジ
ンについて説明したが、ディスプレーサ式のスターリン
グエンジンにも本発明を適用することが可能である。そ
の他、本発明は要皆を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ピストン背面空間及びクランク室に連
通ずるバッファタンクの内面に多孔質金属板を配置して
、ピストン背面空間に潤滑油が侵入しないようにしたこ
とにより、エンジン性能を向上させることができ、また
設置スペースが小さく、組立て・整備が容易であり、し
かもバッファタンクでの騒音拡大作用がなく静粛なスタ
ーリングエンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスターリングエンジン
の断面図である １・・・膨張シリンダ、２・・・圧縮シリンダ、３・・
・高温熱交換器、４・・・再生器、５・・・低温熱交換
器、６・・・膨張ピストン、７・・・圧縮ピストン、８
・・・クランク室、９・・・クランク、１０．ｔｉ・・
・コネクティングロッド、１２．１３・・・ピストンロ
ッド、１４゜１５・・・クロスヘツド部、１６．１７・
・・ピストン背面空間、１８，１９．２０・・・パイプ
、２１・・・バッファタンク、２２・・・多孔質金属板
。 出願人　代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリンダとピストンによって閉じられた作動空間内の
   作動ガスを加熱・冷却して膨脹・収縮させることにより
   、ピストンを往復動させてクランク室内のクランクを回
   転させるスターリングエンジンであって、前記シリンダ
   内のピストン背面空間及び前記クランク室に、パイプを
   介してバッファタンクを連通させたスターリングエンジ
   ンにおいて、前記バッファタンクの内面に多孔質金属板
   を配置したことを特徴とするスターリングエンジン。