JPH0249960A - 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】 産業上の利用分野 この発明はスターリング・エンジンに関する。

従来の技術 従来、この種スターリング・エンジンとしては例えば、
第２図に示すような構造のものがある（特開昭５８−４
７１４１号公報）これはディスプレーサ型でかつ、フリ
ーピストン型のスターリング・エンジンンの例である。

１は容器でその中にヘリウム、窒素などのスターリング
・エンジンの作業流体く以下ヘリウムと略称する）が封
入されている。２は作業流体を加熱する加熱器、３は作
業流体を冷却する冷却器、４は再生器である。δは容器
１の内壁と摺動しながら上下に運動するディスプレーサ
、６は容器ｌの内壁と摺動しながら上下に運動するピス
トン、７はピストン６に結合されたロッド、８はロッド
に結合された電機子で、固定子９と共にリニア発電機を
構成している。

また１０はディスプレーサ５の一部であるロッド、ＩＩ
は容器工の一部である軸受け、１２はロッド１０と容器
１によって囲まれたガスばね空間、１３はロッド１０内
に設けられガスばね空ｆｍ１２からロッド１０と軸受け
１１との隙間１５に連通ずる流路、１４は其の一端は容
器ｌ内より隙間１５に閉口し他端はバウンス空間１６に
閉口する流路であり、流路１３と流路１４とはディスプ
レーサ５が其の運動の中心位置にあるときに一致する。

１７はピストン６内に設けられ圧縮空間１８からピスト
ン６と容器１との隙間２０へ連通する流路。

２１は其の一端は容器Ｉ内より隙間に閉口し他端はバウ
ンス空ｒＷ１１６に開口する流路であり、流路１７と流
路２１とはピストン６が其の運動の中心位置にあるとき
に一致する。

また圧縮室ｍ１Ｂと圧縮空間１９とは容器１に設けられ
た流通抵抗の小さな連通穴２２によって連通して居り、
バウンス空間１６とバウンス空間２４とは電機子８に設
けられた流通抵抗の小さな複数の連通穴２３によって連
通している。

以下作用について説明する。ディスプレーサ５が下がる
と圧縮空間１９の体積は減少し膨張空間２５の体積は増
加する、そのため圧縮空間１９の圧力は膨張空ｆｍ２５
の圧力より高くなり、この差圧によって圧縮空間１９及
び冷却器３の中にある低温のヘリウムは再生器４、加熱
器２を通って膨張空間２５の方へ流れていく、このとき
ヘリウムは再生器４および加熱器２によって加熱される
、そして再生器４ば逆に冷却される。この様にして低温
のヘリウムが加熱されるため圧縮空間１８．１９、冷却
器３、再生器４、加熱器２、膨張空間２５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を引き下げる。このときピストン６はロッド７を介し
てリニアモータ８゜９に仕事をする。

一方デイスプレーサ５が下がりつづけるとガスばね空間
１２の圧力が次第に増加し、遂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５が上昇すると今度は圧縮空間１９の体積は増加し
膨張空間２５の体積は減少する、そのため膨張空間２５
の圧力は圧縮空間１９の圧力より高くなりこの差圧によ
って膨張空間２５および加熱器２の中にある高温のヘリ
ウムは再生器４、冷却器３を通って圧縮空間１９の方へ
流れていく、このときヘリウムは再生器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。この様にして高温の作業流体が冷却されるため作動
空間の圧力が低くなりピストン６を引き上げる。このと
きピストン６はロッド７を介してリニアモータ８，９に
仕事をする。

一方デイスプレーサ５が上がりつづけるとガスばね空間
１２の圧力が次第に減少し、遂にはディスプレーサ５は
上が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−回りの過程に於てヘリウムは加熱器
２によって得た熱の一部をロッド７を介してリニアモー
タ８，９に対する仕事に変え、部を冷却器３に捨てるの
である。通常ディスプレーサ５の位置の位相角はピスト
ン６の位置の位相角に対して６０°〜９０°進んでいる
。

また運転中ディスプレーサ５及びピストン６の運動の中
心位置を一定に保つためには容器１内各部のｌＰ１期閏
の平均（以下特に記述の無い限り平均とは１周期の平均
を指すものとする）圧力を等しく保つことが必要である
。

ピストン６が其の運動の中心位置にくると流路１７と流
路２１とが連通ずるので圧縮空間１８の圧力がバウンス
空間１６の圧力と等しくなりこのためピストン６の平均
位置が一定に保たれる。

所でガスばね空間１２内のヘリウムは流路１３゜１４が
無いと一周期を平均すると隙間１５を通って圧縮空間１
９の方へ漏れるので運転時閉の経過と共にガスばね空間
１２の圧力は膨張空間２５の圧力及び圧縮空間１９の圧
力に比べて低く成りそのためにディスプレーサ５の平均
位置は次第に低下し容器に衝突する。

流路１３．１４はこの様なディスプレーサ５の平均位置
の低下を防いで一定に保つために設けられている。即ち
、ディスプレーサ５が其の運動の中心位置にくると流路
１３と流路１４とが連通するのでガスばね空間１２の圧
力がバウンス空間１６の圧力より低いとバウンス空間１
６のヘリウムは流路１４，１３を通ってガスばね空間１
２へ流入して均圧させる。なおバウンス空間１６の体積
はガスばね空間１２及び作動空間の体積より大きくしか
も其の圧力振幅は他の二者より小さい。

この様に平均的にはバウンス空間１６、ガスばね空間１
２．圧縮空間１９、バウンス空ｒｔｌ　１６の順序で循
環しながらこの三つの空間の平均圧力を等しく保つ事に
依ってディスプレーサ５とピストン６の平均位置が一定
に成るようにしているのである。

発明が解決しようとする課題 しかＩ、／この様な構造のものでは、本来ガスばね空間
１２から圧縮空間１９へ漏れる分のヘリウムをバウンス
空間１６からガスばね空間１２へ一方向へのみ補給すれ
ばディスプレーサ５の平均位置は一定に成るものである
にも閏わらず、ガスばね空間１２、隙間１５を通ってガ
スばね空間１２からバウンス空間１６へ逆流が生じるた
め逆流が無いときに比べて流路１４を通る流量の絶対値
が増加し摩擦等に依る損失が増加する。そして其の結果
エンジンの図示効率が減少する。

そこで本発明はガスばね空間とバウンス空間あるいは作
動空間とを連通ずる流路を通ってガスばね空間からバウ
ンス空間あるいは作動空間への流れを防止し摩擦損失等
を減少させ、以てエンジンの図示効率を増加させるよう
にすることを目的とする。

課題を解決するための手段 そして上記課題を解決する技術的な手段はガスばね空間
からディスプレーサロッド内を通って軸受けとディスプ
レーサロッドとの隙間Ｓに通じる流路Ｂと、その一端は
軸受は側から隙間Ｓに通じ他端は作動空間又はバウンス
空間に通じる流路Ｃと、流路Ｃに逆止弁を設けることを
特徴とする。

作用 この技術的手段に依る作用は次のようになる。

即ち、流路Ｃに設けられた逆止弁はガスばね空間内のヘ
リウムのバウンス空間または作動空間への逆流を防止し
ガスばね空間から低温空間に漏れたヘリウムと同じ量の
ヘリウムをバウンス空間または作動空間からガスばね空
間へ供給するように作用するのである。

実施例 以下本発明の一実施例について、添付図面に基すいて説
明する。

第１図に於て２６は容器でその中にヘリウム、窒素など
のスターリング・エンジンの作業流体（以下ヘリウムと
略称する）が封入されている。２７は作業流体を加熱す
る加熱器、２８は作業流体を冷却する冷却器、は２９は
再生器である。３゜は容器２６の内壁と摺動しながら上
下に運動するディスプレーサ、３１は容器２６の内壁と
摺動しながら上下に運動するピストン、３２はピストン
３１に結合されたロッド、３３はロッド３２に結合され
た電機子で、固定子３４と共にリニア発電機を構成して
いる。

また３５はディスプレーサ３ｏの一部であるロッド、３
６は容器２６の一部である軸受け、３７はロッド３５と
容器２６によって囲まれたガスばね空間、３８はロッド
３５内に設けられガスばね空間３７からロッド３５と軸
受け３６との隙間３９へ連通ずる流路、４０は其の一端
は容器２６内より隙間３９に開口し他端はバウンス空間
４１に間口する流路であり、流路３８と流路４ｏとはデ
ィスプレーサ３０が其の運動の中心位置にあるときに一
致する。４２はピストン３１内に設けられ圧縮空間４３
とピストン３１と容器２６との隙間４５を連通する流路
、４４は其の一端は容器２６内より隙間４５に開口し他
端はバウンス空間４１に開口する流路であり、流路４２
と流路４４とはピストン３１が其の運動の中心位置にあ
るときに一致する。

また圧縮空間４３と圧縮空間４６とは容器２６に設けら
れた流通抵抗の小さな連通穴４７によって連通して居り
、バウンス空間４１とバウンス空間４日とは電機子３３
に設けられた流通抵抗の小さな複数の連通穴４９によっ
て連通している。

更に５０は逆止弁、５１は流量制御弁、５２はディスプ
レーサの位置検出器、５３は制御装置である。

以下作用について説明する。ディスプレーサ３０が下が
ると圧縮空ｒ：ｆｆ４６の体積は減少し膨張空間５４の
体積は増加する、そのため圧縮空間４６の圧力は膨張空
間５４の圧力より高くなり、この差圧によフて圧縮空間
４６及び冷却器２８の中にある低温のヘリウムは再生器
２９、加熱器２７を通って膨張空間５４の方へ流れてい
く、このときヘリウムは再生器２９および加熱器２７に
よって加熱される、そして再生器２９は逆に冷却される
。

この様にして低温のヘリウムが加熱されるため圧縮空ｒ
：Ｙ４３．４６．　冷却！２８、ｇ生８２９、加熱器２
７、膨張空間５４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３１を引き下げる。この
ときピストン３１はロッド３２を介してリニアモータ３
３，３４に対して仕事をする。一方デイスプレーサ３０
が下がりつづけるとガスばね空間３７の圧力が次第に増
加し、遂にはディスプレーサ３０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３０が上昇する
と今度は圧縮空間４６の体積は増加し膨張空間５４の体
積は減少する、そのため膨張空間５４の圧力は圧縮空間
４６の圧力より高くなりこの差圧によって膨張空間５４
および加熱器２７の中にある高温のヘリウムは再生器２
９、冷却器２８を通って圧縮空間４６の方へ流れていく
、このときヘリウムは再生器２９および冷却器２８によ
って冷却される。そして再生器２９は逆に加熱される。

この様にして高温の作業流体が冷却されるため作動空間
の圧力が低くなりピストン３１を引き上げる。このとき
ピストン３１はロッド３２を介してリニアモータ３３，
３４に対して仕事をする。

一方デイスプレーサ３０が上がりつづけるとガスばね空
間３７の圧力が次第に減少し、遂にはディスプレーサ３
０は上がるのが止まり今度は逆に下降を始めろ。以上述
べたような−回りの過程に於てヘリウムは加熱器２７に
よって得た熱の一部をロッド３２を介してリニアモータ
３３．３４に対する仕事に変え、一部を冷却器２８に捨
てるのである。通常ディスプレーサ３０の位置の位相角
はピストン３１の位置の位相角に対して６０”〜９０°
進んでいる。

また従来例の所で述べたように流路３８，４０が無いと
運転時間の経過とともにガスばね空間３７のヘリウムは
隙間３９を通って圧縮空間４６に漏れ、其の結果ディス
プレーサ３０の平均位置は時間と共に下降しついには容
器２６に衝突する。

これを防いでディスプレーサ３０の平均位置を目標値に
維持するために流路３８，４０が設けられている。即ち
ディスプレーサ３０の上下運動中に流路３８と流路４０
とが隙間３９を介して連通（ディスプレーサ３０のこの
位置をセンタリング位置と略称する）するときガスばね
空間３７の圧力がバウンス空間４１の圧力より低いとバ
ウンス空間４１からガスばね空間３７ヘヘリウムが流入
し均圧する。

所でディスプレーサ３０がセンタリング位置より下がっ
たときガスばね空間３７のヘリウムが流路３８と隙間３
９あるいは流路３８を通ってバウンス空間４１に逆流す
ると摩擦損失等が増大しエンジンの図示効率を低下させ
るので逆止弁５０が逆流を防止している。この為逆流に
よる損失が低減されエンジンの図示効率が増加する また位置検出器５２はディスプレーサ３０の位置を検出
しており、制御装置５３に位置の信号を送信している、
制御装置５３はこの信号からディスプレーサ３０の平均
位置を算出し目標値と比較し目標値より高いときは流ｆ
ｔ制御弁５１の開度を減少させ目標値より低いときは流
量制御弁５１の開度を増加させる。また制御装置５３は
ディスプレーサ３０の平均位置が変化しない限り流量制
御弁５１の開度はできる限り小さくするように制御して
おりこの為流路４０の通過流量は必要最小限にとどめら
れており、従って流路４０をヘリウムが通過する事によ
る損失は最小限度に止められている。卯ち流量制御弁５
１２位置検出器５２．制御装置５３の働きに依って流′
１ｓ４０をヘリウムが通過することに依る損失が低減さ
れて図示効率が増加するとともにディスプレーサの平均
位置を制御することが可能となるという効果もある。

此の様に本実施例は従来例に加えて逆止弁５０゜流量制
御弁５１．位置検出器５２．制御装置５３が設けられて
いるため、逆止弁５０が設けられていることに依って逆
流による損失が低減できエンジンの図示効率を増加でき
るという効果があり、更に逆止弁５０に加えて流量制御
弁５１５位置検出器５２．制御装置５３が設けられてい
る事により流量制御弁５１の開度を制御することに依っ
て流路４０をヘリウムが通過することに依る損失が低減
されて図示効率が増加するとともにディスプレーサの平
均位置を制御することが可能となるという効果もある。

なお本実施例では流路４０は隙間３９とバウンス空部と
を連通しているが、これに限らず隙間３９と作動空前と
を連通してもよい。また本実施例ではエンジンの負荷と
してリニアモータを用いているが、これに限らずポンプ
、圧縮機でもよい。

発明の効果 本発明は、ガスばね空間からディスプレーサロッド内を
通って軸受けとディスプレーサロッドとの隙間に通じる
流路Ｂと、その一端は軸受は側から軸受けとディスプレ
ーサロッドとの隙ｒＷ１ｓに通じ細端は作動空前又はバ
ウンス空部に通じる流路Ｃと、流路Ｃに設けられた逆止
弁を有するスターリング・エンジンであるのでガスばね
空間から流路Ｃを通って作動空前又はバウンス空間に流
入する作業流体を減少させることができるのでこの流人
により発生する損失を減少させることができる。

そのためエンジンの図示効率を増加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・１目 ンジンの縦断１第２図は従来例のスターリング・エンジ
ンの縦断面図である。 ２６・・・・・・容器、２７・・・・・・加熱器、２８
・・・・・・冷却器、２９・・・・・・再生器、３０・
・・・・・ディスプレーサ、３１・・令・・・ピストン
、３２・・・−−・口・ンド、３３・・・・・・電機子
、３４・・・・・・固定子、３５・・・・・・ロッド、
３６・・・・・・軸受け、３７・・・・・・ガスばね空
間、３８，４０・・・・・・流路、５０・・・・・・逆
止弁、５１・・・・・・流量制御弁、５２・・・・・・
位置検出器、５３・・・・・・制御装置、４６．４３・
・・・・・圧縮空前、４１．４８・・・・・・バウンス
空ｒｒＩ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 手続補正書（方式） 平成元年９月８　日 ■事件の表示 昭和６３年特許願第５４２１８　　号 ２発明の名称 スターリング−エンジン 補正をする者 事件との関係　　　　　　特　　　許　　　出　　　願
　　　人住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地
名　称　（５８２）松下電器産業株式会比代表者　　　
　谷　　井　　昭　　雄

Claims (3)

【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
   記容器内の空間を作動空間とバウンス空間に分割する様
   に配設され前記容器に対して運動しながら前記作動空間
   内の作業流体から仕事をされるピストンと、前記作動空
   間を高温の作業流体の存在する高温空間と低温の作業流
   体の存在する低温空間とに分割するように前記容器の壁
   に対して運動可能なように配設されたディスプレーサと
   、前記高温空間と前記低温空間とを連通する流路Ａと、
   前記高温空間内または流路Ａ内の高温空間側の作業流体
   を加熱する加熱器と、前記低温空間内または流路Ａ内の
   低温空間側の作業流体を冷却する冷却器と、容器の一部
   を成す軸受けと、ディスプレーサの一部を成すディスプ
   レーサロッドと、軸受けとディスプレーサロッドとの隙
   間Ｓと、容器とディスプレーサとで囲まれ隙間Ｓを介し
   て前記低温空間に連通するガスばね空間と、ガスばね空
   間からディスプレーサロッド内を通って隙間Ｓに通じる
   流路Ｂと、その一端は軸受け側から隙間Ｓに通じ他端は
   作動空間又はバウンス空間に通じる流路Ｃと、流路Ｃに
   設けられた逆止弁を有するスターリング・エンジン。
2. （２）流路Ｃに設けられた流通抵抗の変えられる弁を有
   する請求項１に記載のスターリング・エンジン。
3. （３）ディスプレーサの位置の信号により流通抵抗の変
   えられる弁の開度を制御する制御装置を有する請求項２
   に記載のスターリング・エンジン。