JPH03202663A

JPH03202663A - 熱機関

Info

Publication number: JPH03202663A
Application number: JP34035789A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Haramura; 原村　成憲
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-09-04

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、圧縮機と膨脹エンジンを組合せた熱機関に関
する。

（従来の技術）圧縮された気体を加熱し、この高温・高圧の気体の持つ
エネルギーを変換して動力を取出す機構は、たとえば、
ガスタービンとして良く知られている。ガスタービンは
、気体を圧縮機で圧縮し、この圧縮された気体を燃焼器
で加熱させ、生した高温高圧の気体をタービン中で膨脹
させることで外部に出力を取り出している。このガスタ
ービンの有効出力は、タービンの発生動力と圧縮機の消
費動力の差が有効出力となる。この有効出力を高めるに
は、タービン人口温度と大気温度の比を大きくし且つ圧
縮機の圧力比を高めることが威される。

このような構造のガスタービンは、発電機、プロペラ、
車両、機械の駆動に用いられる。

（本発明が解決しようとする課題）ガスタービンは、タービンの回転を数万ｒｐｍへと高く
することでその効率を向上させている。このため、ガス
タービンは、高周波騒音が大きい欠点を有し、又、低速
回転（１０００〜６０００ｒｐｍ）する負荷に対しては
大きい速度比の減速歯車を使うことから、変速機騒音も
大きくなるという欠点を有す。さらに、変速比を大きく
することがら、変速機が大型にして重量が大となる。

よって、このガスタービンは、長期間安定した低出力を
出す機関として好ましくないので、本発明は、長期間安
定した低出力を、静かに取り出し可能な機関を提供する
ことを解決すべき課題とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、前述した課題を解決するために、基本的には
、独立した形の圧縮機と、膨脹エンジンとを有し、その
間に噴射ノズルを有する燃焼器を備える構成となってい
る。

より具体的には、本発明は、圧縮シリンダ、クランクシ
ャフトに連結され且つ圧縮シリンダ内を往復動する圧縮
ピストン、圧縮シリンダ内の圧縮空間への連通を制御す
る吸気バルブと吐出バルブを有する圧縮機と；膨脹シリ
ンダ、クランクシャフトに連結され且つ膨脹シリンダ内
を往復動する膨脹ピストン、膨脹シリンダ内の膨脹空間
への連通を制御する吸入バルブと排気バルブとを有する
膨脹エンジンと；吐出バルブと吸入バルブに両端で接続
するマニホルドと；マニホルドに組込まれた燃料噴射ノ
ズルを有する燃焼器とを備える熱機関を提供する。

（作用）圧縮機の圧縮ピストンの上昇により圧縮空間内の媒体を
圧縮し、圧縮媒体をマニホルドに送り燃焼器にて高温・
高圧の媒体として膨脹空間に送り、膨脹ピストンを押し
下げて出力を得る。膨脹ピストンの上昇は、膨脹空間内
の低温・低圧となった作動媒体を大気側へ排出させる。

圧縮機による圧縮仕事と、膨脹エンジンによる膨張仕事
の差が出力として取出される。

尚、前述した作用は、図示例とは異るヘーン型やバンケ
ル型のロータリ機構でも得られる。

（実施例）第１図を参照する。圧縮機１０は、圧縮シリンダ１１と
圧縮ピストン１２とにより、圧縮空間１６を作る。この
空間１６は、吸気バルブ１４を介して吸入マニホルド１
３に通し且つ吐出バルブ１５を介して吐出マニホルド３
１に通しる。圧縮ピストン１２はコンロノド５を介して
クランクシャフト７乙こ連結させる。

吐出マニホルド３１は、燃料噴射ノズル４１を有する燃
焼機４２に連結される。燃焼器４２は加圧作動媒体を高
温とする。

膨脹エンジン２０は、圧縮機１０とは独立して配され、
膨脹シリンダ２１内に膨脹ピストン２２により画定され
た膨脹空間２６を有す。膨脹ピストン２２をコンロッド
６を用いてクランクシャフト７に連結させる。膨脹空間
２６は、吸入バルブ２３を介して、燃焼器４２に連結し
た吸入マニホルド３２に連通自在となっており且つ排気
バルブ２４を介して排気マニホルド２５に連通自在とな
っている。

第２−７図を参照して、第１図に示す熱機関の作用を説
明する。第２図に示す状態では、圧縮ピストン１２が上
死点に位置し、第６図の■の状態となっている。クラン
クシャフト７により圧縮ピストン１２を下降させると、
第３図に示す如く、吸気バルブ１４を開とさせ、吸気マ
ニホルド１３から大気を圧縮空間１６へ供給する。これ
は第６図の■の状態である。第４図は圧縮ピストン１２
が下死点にきた状態で、吸気バルブ１４を閉じ、空間１
６に吸入された空気を圧縮し始める第６図の■の位置を
示す。第５図は圧縮ピストン１２が上昇し、空間１６内
の空気を圧縮させ且つ吐出バルブ１５を開け、圧縮空気
を吐出マニホルド３１内へ吐出させる。これは、第６図
の■で表される。

吐出マニホルド３１内へ入った高圧空気は、燃焼器４２
内で燃料噴射ノズル４１より噴射された燃料と混合して
燃焼して高温・高圧の空気となる。

次に、膨脹ピストン２２の働きを説明する。第３−５図
に示す行程で、圧縮ピストン１２と６０度の位相の膨脹
ピストン２２の動きに同期させて吸入バルブ２３を開き
、燃焼器４２中の高温・高圧の空気が膨脹空間２６に吸
入され、更にピストン下降行程の適宜な位置で吸入バル
ブを閉し１．膨脹ピストン２２を押下げ、クランクシャ
フト７を回転させる。第３−５図の状態は、第７図の■
−■で表される。第５図、第２−３図において、排気バ
ルブ２４が開となり、空気を排気バルブ２４、排気マニ
ホルド２５を介して膨脹空間２６内の空気を排気させる
。これは、第７図の■−の一■の状態である。

第６図と第７図を参照する。圧縮機１０の最大圧力Ｐｃ
ｔと膨脹エンジン２０の最大圧力ＰＥＩは、高圧空気の
加熱により、Ｐｃｔ＞＞ＰＨ１となり、膨脹仕事Ｑ、は
、圧縮仕事Ｑｃより大となり、動力を発生する。

第８図に示す例は、排気熱の損失を少くするためのもの
で、排気マニホルド２５を吐出マニホルド３１と平行さ
せ、熱交換器２６にて、燃焼器４２内に入る前の高圧空
気を予熱させる。これは燃焼器４２の負荷を小さくし、
機関効率を向上させ得る。

（効果）作動媒体として大気を利用できるので、オープンサイク
ルにして無公害にして小型の熱機関となる。熱エネルギ
ー変換は、熱交換器を利用して作動媒体を加熱するのみ
であるから、低騒音、低振動であり、連続運転を可能に
する。通常の圧縮機やエンジン部品を流用できるので、
製作費が安価となる。加えて、本発明は低速での出力取
出しが可能であるから変速機を不要とし、低騒音である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図から第５図はピ
ストンの動きを示す説明図、第６図は圧縮機のｐ−ｖ線
図、第７図は膨脹エンジンのＰＶ線図、第８図は別の例
の説明図である。図中ニア・・・クランクシャフト、１０・・・圧縮機、
１１・・・圧縮シリンダ、　　　１２・・・圧縮ピスト
ン、２０・・・膨脹エンジン、　　　２１・・・膨脹シ
リンダ、焼２２・・・膨脹ピストン、　　　４２・・・熱突碩器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮シリンダ、クランクシャフトに連結され且つ
圧縮シリンダ内を往復動する圧縮ピストン、圧縮シリン
ダ内の圧縮空間への連通を制御する吸気バルブと吐出バ
ルブを有する圧縮機と；膨脹シリンダ、クランクシャフ
トに連結され且つ膨脹シリンダ内を往復動する膨脹ピス
トン、膨脹シリンダ内の膨脹空間への連通を制御する吸
入バルブと排気バルブとを有する膨脹エンジンと；吐出
バルブと吸入バルブに両端で接続するマニホルドと；マ
ニホルドに組込まれた燃料噴射ノズルを有する燃焼器と
を備える熱機関。