JPH0323742B2 - - Google Patents
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- JPH0323742B2 JPH0323742B2 JP56195006A JP19500681A JPH0323742B2 JP H0323742 B2 JPH0323742 B2 JP H0323742B2 JP 56195006 A JP56195006 A JP 56195006A JP 19500681 A JP19500681 A JP 19500681A JP H0323742 B2 JPH0323742 B2 JP H0323742B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- pressure
- pistons
- cap
- fluid
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
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、作動流体を主として気体（特別な場
合は液体、混合気体、２相気体もある）とし、熱
サイクルが理想的には２つの等容過程と２つの等
温過程からなるスターリングサイクル機関の機器
構成に関するものである。
合は液体、混合気体、２相気体もある）とし、熱
サイクルが理想的には２つの等容過程と２つの等
温過程からなるスターリングサイクル機関の機器
構成に関するものである。
（従来の技術）
本発明に係わる従来技術としては、例えば特開
昭50−49538号公報に開示されたものがある。こ
の従来技術では、ダブル・アクテイングタイプの
スターリンサイクルエンジンにおいて、ピストン
にシリンダの吐出容積よりも大なる容積を有する
空所を設けると共に、２つのピストンリングの間
に空所と作動空間を連通させる溝を設け、ピスト
ンの１つを通つて作動ガスが漏出した場合に、こ
の漏出したガスをピストンの空所内に入れるよう
にしている。
昭50−49538号公報に開示されたものがある。こ
の従来技術では、ダブル・アクテイングタイプの
スターリンサイクルエンジンにおいて、ピストン
にシリンダの吐出容積よりも大なる容積を有する
空所を設けると共に、２つのピストンリングの間
に空所と作動空間を連通させる溝を設け、ピスト
ンの１つを通つて作動ガスが漏出した場合に、こ
の漏出したガスをピストンの空所内に入れるよう
にしている。
ところが、ピストン往復動機構に係わる損失を
少なくするにあたつて、ピストンの軽量化を考え
ピストンを薄肉化して空所内を加圧することを考
慮すると、このものにおいては空所内への作動ガ
スの供給がピストンリングからの漏れ分だけであ
るため、急激な作動圧力の変化には追従すること
ができず、それによりピストンの空所内が十分に
加圧されていないために、ピストンの強度を増し
て重量を増加させてその強度を確保する必要があ
つて、上下往復動機構に係わる損失を少なくする
ことができないという問題点を有している。
少なくするにあたつて、ピストンの軽量化を考え
ピストンを薄肉化して空所内を加圧することを考
慮すると、このものにおいては空所内への作動ガ
スの供給がピストンリングからの漏れ分だけであ
るため、急激な作動圧力の変化には追従すること
ができず、それによりピストンの空所内が十分に
加圧されていないために、ピストンの強度を増し
て重量を増加させてその強度を確保する必要があ
つて、上下往復動機構に係わる損失を少なくする
ことができないという問題点を有している。
（発明が解決しようとする課題）
上述の問題点は、特開昭53−57337号公報に開
示される装置において、ピストンの内部を予め加
圧密封することにより解決するが、この逆来装置
においては、高圧ガスをピストン内部に供給する
ための高圧配管を取り付け、高圧が作用した状態
にて密封させねばならない。
示される装置において、ピストンの内部を予め加
圧密封することにより解決するが、この逆来装置
においては、高圧ガスをピストン内部に供給する
ための高圧配管を取り付け、高圧が作用した状態
にて密封させねばならない。
例えば、この公報の第５図に示される実施例に
おいては、配管より高圧ガスを供給した後、配管
の途中を潰し溶接して密封する例が示され、第６
図には、シールボルトから高圧ガスを供給した後
にシールボルトを締め込み密封する例が示されて
いる。
おいては、配管より高圧ガスを供給した後、配管
の途中を潰し溶接して密封する例が示され、第６
図には、シールボルトから高圧ガスを供給した後
にシールボルトを締め込み密封する例が示されて
いる。
従つて、この従来装置においては、高圧の状態
で加圧密封しているため、その作業が危険であり
手間がかかると共に、その作業に熟練を要し、設
定通りの圧力にピストン内を容易に加圧密封する
ことができないといつた不具合を有している。
で加圧密封しているため、その作業が危険であり
手間がかかると共に、その作業に熟練を要し、設
定通りの圧力にピストン内を容易に加圧密封する
ことができないといつた不具合を有している。
そこで、本発明では、ピストン内部に高圧ガス
を封入するスターリングサイクル機関において、
その封入作業性が向上するようにピストンを構成
することを、その技術的課題とする。
を封入するスターリングサイクル機関において、
その封入作業性が向上するようにピストンを構成
することを、その技術的課題とする。
（課題を解決しようとする手段）
上述した本発明の技術的課題を解決するために
講じた本発明の技術的手段は、ガイドピストン付
の比較的長いピストン２本とガイドピストン付の
比較的短いピストン１本のそれぞれのシリンダ、
並びに多数の蓄熱器、熱交換器により２つの熱サ
イクルを構成する１組、または多数から成るスタ
ーリングサイクル機関において、比較的長いピス
トンを、薄肉円筒状を呈し、その内部に穴が多数
穿設された薄い金属板またはセラミク板及び断熱
材が配設されたピストンキヤツプと、外方よりピ
ストンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、
ピストンキヤツプの内部から外方への流体の流通
を阻止する吸入チエツク弁、ピストンキヤツプの
内部の流体の圧力が所定圧以上になつた時に流体
を外方へ逃がす安全弁及びピストンロツドを接続
する機構部を内蔵するピストン素子部とから形成
し、ピストンキヤツプの内部を加圧したことであ
る。
講じた本発明の技術的手段は、ガイドピストン付
の比較的長いピストン２本とガイドピストン付の
比較的短いピストン１本のそれぞれのシリンダ、
並びに多数の蓄熱器、熱交換器により２つの熱サ
イクルを構成する１組、または多数から成るスタ
ーリングサイクル機関において、比較的長いピス
トンを、薄肉円筒状を呈し、その内部に穴が多数
穿設された薄い金属板またはセラミク板及び断熱
材が配設されたピストンキヤツプと、外方よりピ
ストンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、
ピストンキヤツプの内部から外方への流体の流通
を阻止する吸入チエツク弁、ピストンキヤツプの
内部の流体の圧力が所定圧以上になつた時に流体
を外方へ逃がす安全弁及びピストンロツドを接続
する機構部を内蔵するピストン素子部とから形成
し、ピストンキヤツプの内部を加圧したことであ
る。
（作用）
上述した本発明の技術的手段によれば、ピスト
ンを構成するピストン素子に外方よりピストンキ
ヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピストン
キヤツプの内部から外方への流体の流通を阻止す
る吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピスト
ンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高圧配
管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部は密
封されており、それにより高圧配管を付たまま高
圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、そ
の作業も熟練を要することなく容易であつて設定
どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を容易に
加圧密封することができる。
ンを構成するピストン素子に外方よりピストンキ
ヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピストン
キヤツプの内部から外方への流体の流通を阻止す
る吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピスト
ンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高圧配
管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部は密
封されており、それにより高圧配管を付たまま高
圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、そ
の作業も熟練を要することなく容易であつて設定
どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を容易に
加圧密封することができる。
（実施例）
以下に本発明の技術的手段を具体化した実施例
については添付図面に基づき説明する。
については添付図面に基づき説明する。
第１図において、ガイドピストン付の比較的長
いピストン４３，４４とその比較的長いシリンダ
４１，４２（以後、長ピストン、長シリンダとい
う）により、作動流体の容積可変空間４５，４６
（以後、可変空間という）は、複動型でガイドピ
ストン付の比較的短いシリンダ４７とその比較的
短いシリンダ４８（以後、短ピストン、短シリン
ダという）により形成される作動流体の可変空間
４９，５０との間に熱交換器５１，５２、蓄熱器
５３，５４、熱交換器５５，５６を介して連結さ
れている。
いピストン４３，４４とその比較的長いシリンダ
４１，４２（以後、長ピストン、長シリンダとい
う）により、作動流体の容積可変空間４５，４６
（以後、可変空間という）は、複動型でガイドピ
ストン付の比較的短いシリンダ４７とその比較的
短いシリンダ４８（以後、短ピストン、短シリン
ダという）により形成される作動流体の可変空間
４９，５０との間に熱交換器５１，５２、蓄熱器
５３，５４、熱交換器５５，５６を介して連結さ
れている。
長ピストン４３，４４、短ピストン４７は、ピ
ストンロツド５７，５８，５９、ガイドピストン
６０，６１，６２を介して図示しない動力を取り
出す装置または電気モータや発電機と直結、或い
はギヤ・チエーン等を介してピストン往復動機構
（回転斜板・摺動板・１軸または多軸のクランク
シヤフト等）に接続されている。
ストンロツド５７，５８，５９、ガイドピストン
６０，６１，６２を介して図示しない動力を取り
出す装置または電気モータや発電機と直結、或い
はギヤ・チエーン等を介してピストン往復動機構
（回転斜板・摺動板・１軸または多軸のクランク
シヤフト等）に接続されている。
長ピストン４３，４４の上下動とグランドシー
ル６８により形成されるガス空間部６３，６４
は、流体口６５，６６よりパイプにて互いに連結
されており、長ピストン４３，４４がほぼ180度
の位相差で上下動しても、作動流体がここで圧縮
されることはない。また、このガス空間部６３，
６４と空間部７２には、第３図に示すような弁圧
縮機により作動流体が適当な圧力で供給されるよ
うになつている。
ル６８により形成されるガス空間部６３，６４
は、流体口６５，６６よりパイプにて互いに連結
されており、長ピストン４３，４４がほぼ180度
の位相差で上下動しても、作動流体がここで圧縮
されることはない。また、このガス空間部６３，
６４と空間部７２には、第３図に示すような弁圧
縮機により作動流体が適当な圧力で供給されるよ
うになつている。
また、グランドシール６８、油除去器７１で形
成される空間６９は、ガイドピストン６０，６
１，６２より侵入する油を除去することを目的と
し、強いては高圧（20〜200気圧）で封入されて
いる作動流体のガス空間部６３，６４と空間部７
２に油の入るのを防いでいる。従つて、空間６９
で除去された油は接続口７０より、それぞれ図示
しないピストン往復動機構部や図示しない油溜に
戻す機構が設けられている。
成される空間６９は、ガイドピストン６０，６
１，６２より侵入する油を除去することを目的と
し、強いては高圧（20〜200気圧）で封入されて
いる作動流体のガス空間部６３，６４と空間部７
２に油の入るのを防いでいる。従つて、空間６９
で除去された油は接続口７０より、それぞれ図示
しないピストン往復動機構部や図示しない油溜に
戻す機構が設けられている。
尚、７３はクリーンな作動流体の供給口、７４
はピストンリングであり、また７５はガイドシリ
ンダで、それぞれ図示しないクランクケースと一
体化された構成となつている。
はピストンリングであり、また７５はガイドシリ
ンダで、それぞれ図示しないクランクケースと一
体化された構成となつている。
第４図において、長ピストン４３，４４を薄肉
のセラミツク、金属等により形成されたピストン
キヤツプ８０と、外方よりピストンキヤツプ８０
の内部８７への流体の流通を許容し、ピストンキ
ヤツプ８０の内部８７から外方への流体の流通を
阻止する吸入チエツク弁８１と、ピストンキヤツ
プ８０の内部８７の流体圧力が所定圧以上になつ
たときにこの流体を外方へ逃がす安全弁８２と、
ピストンロツド５７（５９）を接続する機構部で
あるナツト９１・ワツシヤ９２を内蔵しボルト８
４によりピストンキヤツプ８０に接続されるピス
トン素子８３とから構成し、ピストンキヤツプ８
０の内部に作動流体と同質の流体を高圧で予め封
入してある。
のセラミツク、金属等により形成されたピストン
キヤツプ８０と、外方よりピストンキヤツプ８０
の内部８７への流体の流通を許容し、ピストンキ
ヤツプ８０の内部８７から外方への流体の流通を
阻止する吸入チエツク弁８１と、ピストンキヤツ
プ８０の内部８７の流体圧力が所定圧以上になつ
たときにこの流体を外方へ逃がす安全弁８２と、
ピストンロツド５７（５９）を接続する機構部で
あるナツト９１・ワツシヤ９２を内蔵しボルト８
４によりピストンキヤツプ８０に接続されるピス
トン素子８３とから構成し、ピストンキヤツプ８
０の内部に作動流体と同質の流体を高圧で予め封
入してある。
また、ピストンキヤツプ８０の内部８７には、
高温または極低温となる可変空間４５，４６によ
るキヤツプ上部８９と常温との温度差による熱損
失を防ぐために、熱輻射用に多数の小穴のあけら
れた金属板８５と、これらを浮かし円部の作動流
体による対流熱損失を除くための断熱材８６とが
交互に積層されている。
高温または極低温となる可変空間４５，４６によ
るキヤツプ上部８９と常温との温度差による熱損
失を防ぐために、熱輻射用に多数の小穴のあけら
れた金属板８５と、これらを浮かし円部の作動流
体による対流熱損失を除くための断熱材８６とが
交互に積層されている。
かかる構成の長ピストンによれば、ピストンキ
ヤツプ８０の内部８７に作動流体と同質の流体が
高圧で予め封入されているため、可変空間４５，
４６の高圧力に対してピストンの強度を確保しつ
つピストンキヤツプ８０を薄肉円筒状にして、ピ
ストンの軽量化を図ることができ、ピストン往復
動機構に係わる損失を少なくすることができる。
ヤツプ８０の内部８７に作動流体と同質の流体が
高圧で予め封入されているため、可変空間４５，
４６の高圧力に対してピストンの強度を確保しつ
つピストンキヤツプ８０を薄肉円筒状にして、ピ
ストンの軽量化を図ることができ、ピストン往復
動機構に係わる損失を少なくすることができる。
また、吸入圧力が設定された吸入チエツク弁８
１により、ガス空間部６３，６４の圧力が異常に
高くなつた時には、この圧力をピストンキヤツプ
８０の内部に回収できると共に、安全弁８２によ
り、ピストンキヤツプ８０の内部８７の圧力は所
定圧力、例えば可変空間の最大圧力または中間圧
力よりも大きくなることはないため、ピストンキ
ヤツプ８０が破壊されることはない。
１により、ガス空間部６３，６４の圧力が異常に
高くなつた時には、この圧力をピストンキヤツプ
８０の内部に回収できると共に、安全弁８２によ
り、ピストンキヤツプ８０の内部８７の圧力は所
定圧力、例えば可変空間の最大圧力または中間圧
力よりも大きくなることはないため、ピストンキ
ヤツプ８０が破壊されることはない。
これにより、今までの一般のピストンでは、直
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚３mmでもよい。即ち、第２図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図（横軸はクランクシヤフト角）で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプ８０の内
部８７に約200気圧の圧力を封入してやれば、ピ
ストンキヤツプ８０にかかる圧力変動は約±50気
圧で済むことになり、ピストンの薄肉化・軽量化
が可能になる。
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚３mmでもよい。即ち、第２図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図（横軸はクランクシヤフト角）で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプ８０の内
部８７に約200気圧の圧力を封入してやれば、ピ
ストンキヤツプ８０にかかる圧力変動は約±50気
圧で済むことになり、ピストンの薄肉化・軽量化
が可能になる。
尚、ピストンキヤツプ８０の内部８７に約200
気圧の圧力を封入する際には、常温で約100気圧
で封入し、定常状態でピストンキヤツプ８０無い
に生じる温度勾配により封入した流体が膨張して
圧力上昇し約200気圧にせしめる。
気圧の圧力を封入する際には、常温で約100気圧
で封入し、定常状態でピストンキヤツプ８０無い
に生じる温度勾配により封入した流体が膨張して
圧力上昇し約200気圧にせしめる。
また、かかる構成の長ピストンによれば、該ピ
ストンを構成するピストン素子８３に外方よりピ
ストンキヤツプ８０の内部８７への流体の通過を
許容し、ピストンキヤツプ８０の内部８７から外
方への流体の流通を阻止する吸入チエツク弁８１
が内蔵されているため、ピストンキヤツプ８０の
内部８７を加圧する際、加圧後に高圧配管等を取
り除いてもピストンキヤツプ８０の内部８７は密
封されており、それにより高圧配管を付けたまま
高圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、
その作業も熟練を要することなく容易であつて設
定どおりの圧力にピストンキヤツプ８０の内部８
７を容易に加圧密封することができる。
ストンを構成するピストン素子８３に外方よりピ
ストンキヤツプ８０の内部８７への流体の通過を
許容し、ピストンキヤツプ８０の内部８７から外
方への流体の流通を阻止する吸入チエツク弁８１
が内蔵されているため、ピストンキヤツプ８０の
内部８７を加圧する際、加圧後に高圧配管等を取
り除いてもピストンキヤツプ８０の内部８７は密
封されており、それにより高圧配管を付けたまま
高圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、
その作業も熟練を要することなく容易であつて設
定どおりの圧力にピストンキヤツプ８０の内部８
７を容易に加圧密封することができる。
尚、第４図中、８８はピストンリングで、９０
はピストンロツド５７（５９）のガスシールで、
９４は長ピストンとピストンロツド５７，５９の
結合時の長ピストンの回転止めのための小穴であ
る。
はピストンロツド５７（５９）のガスシールで、
９４は長ピストンとピストンロツド５７，５９の
結合時の長ピストンの回転止めのための小穴であ
る。
また、長ピストンはピストンキヤツプ８０に断
熱材８６と金属板８５を交互に積層し、該ピスト
ンキヤツプ８０に吸入チエツク弁８１及び安全弁
８２を取り付けたピストン素子８３をボルト８４
で取り付けることにより独立に製造できる。
熱材８６と金属板８５を交互に積層し、該ピスト
ンキヤツプ８０に吸入チエツク弁８１及び安全弁
８２を取り付けたピストン素子８３をボルト８４
で取り付けることにより独立に製造できる。
また、スターリングサイクル機関に実際に取り
付けた際には、クランクケース・ピストン往復動
機構よりガイドピストン６０，６２を介したピス
トンロツド５７，５９のネジ部９３をピストン素
子８３内のナツト９１、ワツシヤ９２で締め付け
る。
付けた際には、クランクケース・ピストン往復動
機構よりガイドピストン６０，６２を介したピス
トンロツド５７，５９のネジ部９３をピストン素
子８３内のナツト９１、ワツシヤ９２で締め付け
る。
また、本実施例においては、長及び短ピストン
と夫々のシリンダで形成される高圧力の作動流体
の可変空間４５，４６，４９，５０と通常油潤滑
されているガイドピストン６０，６２，６１及び
それらのピストン往復動機構を含むクランクケー
スとの間に、中圧力でクリーンな作動流体が入る
ガス空間部６３，６４及び空間部７２が夫々設け
られ、クランクケースとの間に圧力差が与えられ
ていると共に、ガス空間部６３，６４及び空間部
７２とガイドピストン６０，６２，６１との間
に、低圧で作動流体中の油をきつて、クランクケ
ースに戻すことのできる空間６９が夫々設けられ
ている。これにより、ガイドピストン６０，６
２，６１及びそれらのピストン往復動機構を含む
クランクケースからの油が可変空間４５，４６，
５０、多数の熱交換器や蓄熱器に侵入することが
防止される。
と夫々のシリンダで形成される高圧力の作動流体
の可変空間４５，４６，４９，５０と通常油潤滑
されているガイドピストン６０，６２，６１及び
それらのピストン往復動機構を含むクランクケー
スとの間に、中圧力でクリーンな作動流体が入る
ガス空間部６３，６４及び空間部７２が夫々設け
られ、クランクケースとの間に圧力差が与えられ
ていると共に、ガス空間部６３，６４及び空間部
７２とガイドピストン６０，６２，６１との間
に、低圧で作動流体中の油をきつて、クランクケ
ースに戻すことのできる空間６９が夫々設けられ
ている。これにより、ガイドピストン６０，６
２，６１及びそれらのピストン往復動機構を含む
クランクケースからの油が可変空間４５，４６，
５０、多数の熱交換器や蓄熱器に侵入することが
防止される。
また、第１図に示す短ピストンを、第３図に示
すように、上部に小直径のピストン１１０を連結
し、吸入弁１１１、吐出弁１１２、オイルフイル
タ１１３、精製器１１４、弁１１５を付け、容積
可変空間２ｖにより作動流体を吸入・圧縮する作
動流体の圧縮機として構成することもでき、これ
によれば、作動流体の圧力が低下した場合でも、
クランクケース内の作動流体を１１６よりクリー
ンにして高圧にして戻すことができる。尚、長ピ
ストンや短ピストンで構成される可変空間からは
作動流体はピストン、リング、ロツド、シールよ
り常にクランク室に少しずつ漏れている。従つ
て、上記したように短ピストンに小ピストン１１
０を連結し、吸入、吐出弁１１１，１１２を付け
て圧縮機を構成することにより、クランク室より
の作動流体をクリーンに戻すことができ、また容
積可変空間２ｖから可変空間４９，５０（可変空
間４５，４６）への配管中にバツフアタンク１１
７、調整弁１１８を介装してやれば、ガス空間部
６３，６４、可変空間４９，５９（可変空間４
５，４６）、空間部７２の圧力を適当に調整する
ことができる。即ち、可変空間の圧力を高くし
て、クランクケースから入るのを防ぐのと同様に
原動機では発生動力を、冷凍機では冷凍温度及び
冷凍出力を調整することになる。尚、比較的長い
ピストン・シリンダの形状を第３図の如く、凸型
または小ピストン部を複数段にして、２個（１
ｖ，２ｖ）または複数個の作動流体の膨張、また
は圧縮空間を構成してやることもできる。
すように、上部に小直径のピストン１１０を連結
し、吸入弁１１１、吐出弁１１２、オイルフイル
タ１１３、精製器１１４、弁１１５を付け、容積
可変空間２ｖにより作動流体を吸入・圧縮する作
動流体の圧縮機として構成することもでき、これ
によれば、作動流体の圧力が低下した場合でも、
クランクケース内の作動流体を１１６よりクリー
ンにして高圧にして戻すことができる。尚、長ピ
ストンや短ピストンで構成される可変空間からは
作動流体はピストン、リング、ロツド、シールよ
り常にクランク室に少しずつ漏れている。従つ
て、上記したように短ピストンに小ピストン１１
０を連結し、吸入、吐出弁１１１，１１２を付け
て圧縮機を構成することにより、クランク室より
の作動流体をクリーンに戻すことができ、また容
積可変空間２ｖから可変空間４９，５０（可変空
間４５，４６）への配管中にバツフアタンク１１
７、調整弁１１８を介装してやれば、ガス空間部
６３，６４、可変空間４９，５９（可変空間４
５，４６）、空間部７２の圧力を適当に調整する
ことができる。即ち、可変空間の圧力を高くし
て、クランクケースから入るのを防ぐのと同様に
原動機では発生動力を、冷凍機では冷凍温度及び
冷凍出力を調整することになる。尚、比較的長い
ピストン・シリンダの形状を第３図の如く、凸型
または小ピストン部を複数段にして、２個（１
ｖ，２ｖ）または複数個の作動流体の膨張、また
は圧縮空間を構成してやることもできる。
第５図は、本発明のスターリングサイクル機関
を４組の熱サイクルから構成して、大型の原動機
に適用した実施例を示し、複動型のガイドピスト
ン付短ピストンをクランクシヤフトの両端にし
て、ガイドピストン付の上述した構成の長ピスト
ンを含めて、バンク角度45゜に夫々配置している。
を４組の熱サイクルから構成して、大型の原動機
に適用した実施例を示し、複動型のガイドピスト
ン付短ピストンをクランクシヤフトの両端にし
て、ガイドピストン付の上述した構成の長ピスト
ンを含めて、バンク角度45゜に夫々配置している。
これによれば、12本のピストンが往復動する
が、長ピストン８本がクランク角度45゜ずつで動
力を発生すると同時に４本の短ピストンも作動流
体の圧縮（マイナスの動力）をするため、上述し
たピストンの軽量化によりクランク機構に係わる
損失を少なくすることができると共に、動バラン
スがよく、振動の発生をほとんど無くすことがで
きる。また、クランクシヤフトの両端に短ピスト
ンが配置されるため高温度に加熱されている熱交
換器（第１図の５５，５６が４組必要、ヒータチ
ユーブともいう）のまとめが容易にできる。
が、長ピストン８本がクランク角度45゜ずつで動
力を発生すると同時に４本の短ピストンも作動流
体の圧縮（マイナスの動力）をするため、上述し
たピストンの軽量化によりクランク機構に係わる
損失を少なくすることができると共に、動バラン
スがよく、振動の発生をほとんど無くすことがで
きる。また、クランクシヤフトの両端に短ピスト
ンが配置されるため高温度に加熱されている熱交
換器（第１図の５５，５６が４組必要、ヒータチ
ユーブともいう）のまとめが容易にできる。
上述したように本発明では、ピストンキヤツプ
の内部に作動流体と同質の流体が高圧で予め封入
されているため、可変空間の高圧力に対してピス
トンの強度を確保しつつピストンキヤツプを薄肉
円筒状にして、ピストンの軽量化を図ることがで
き、ピストン往復動機構に係わる損失を少なくす
ることができる。
の内部に作動流体と同質の流体が高圧で予め封入
されているため、可変空間の高圧力に対してピス
トンの強度を確保しつつピストンキヤツプを薄肉
円筒状にして、ピストンの軽量化を図ることがで
き、ピストン往復動機構に係わる損失を少なくす
ることができる。
また、吸入圧力が設定された吸入チエツク弁に
より、ガス空間部の圧力が異常に高くなつた時に
は、この圧力をピストンキヤツプの内部に回収で
きると共に、安全弁により、ピストンキヤツプの
内部の圧力は所定圧力、例えば可変空間の最大圧
力または中間圧力よりも大きくなることはないた
め、ピストンキヤツプが破壊されることはない。
より、ガス空間部の圧力が異常に高くなつた時に
は、この圧力をピストンキヤツプの内部に回収で
きると共に、安全弁により、ピストンキヤツプの
内部の圧力は所定圧力、例えば可変空間の最大圧
力または中間圧力よりも大きくなることはないた
め、ピストンキヤツプが破壊されることはない。
これにより、今までの一般のピストンでは、直
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚３mmでもよい。即ち、第２図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図（横軸はクランクシヤフト角）で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプの内部に
約200気圧の圧力を封入してやれば、ピストンキ
ヤツプにかかる圧力変動は約±50気圧で済むこと
になり、ピストンの薄肉化・軽量化が可能にな
る。
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚３mmでもよい。即ち、第２図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図（横軸はクランクシヤフト角）で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプの内部に
約200気圧の圧力を封入してやれば、ピストンキ
ヤツプにかかる圧力変動は約±50気圧で済むこと
になり、ピストンの薄肉化・軽量化が可能にな
る。
また、かかる構成の長ピストンによれば、該ピ
ストンを構成するピストン素子に外方よりピスト
ンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピス
トンキヤツプの内部から外方への流体の流通を阻
止する吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピ
ストンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高
圧配管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部
は密封されており、それにより高圧配管を付けた
まま高圧の状態で作業する必要がなく、安全であ
り、その作業も熟練を要することなく容易であつ
て設定どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を
容易に加圧密封することができる。
ストンを構成するピストン素子に外方よりピスト
ンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピス
トンキヤツプの内部から外方への流体の流通を阻
止する吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピ
ストンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高
圧配管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部
は密封されており、それにより高圧配管を付けた
まま高圧の状態で作業する必要がなく、安全であ
り、その作業も熟練を要することなく容易であつ
て設定どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を
容易に加圧密封することができる。
第１図は、本発明に従つたスターリングサイク
ル機関の一実施例の基本機器構成図を示す。第２
図は、第１図に示す一実施例における圧力変動図
を示す。第３図は、第１図に示す一実施例におい
て短ピストンを圧縮機に再構成した場合の説明図
を示す。第４図は、第１図に示す一実施例におけ
る長ピストンの断面図を示す。第５図は、本発明
に従つたスターリングサイクルの機関を４組の熱
サイクル機関から構成した場合の長短ピストン群
の配置説明図を示す。 ４１，４２……シリンダ、４３，４４……比較
的長いピストン、４５，４６……可変空間、４７
……比較的短いピストン、４８……シリンダ、４
９，５０……可変空間、５１，５２……熱交換
器、５３，５４……蓄熱器、５５，５６……熱交
換器、５７，５９……ピストンロツド、６０，６
１，６２……ガイドピストン、６３，６４……ガ
ス空間部（可変ガス空間部）、６９……空間（ガ
ス空間）、７２……空間部、８０……ピストンキ
ヤツプ、８１……吸入チエツク弁、８２……安全
弁、８３……ピストン素子（ピストン素子部）、
８５……金属板（セラミツク板）、８６……断熱
材、８７……内部、９１……ナツト（機構部）、
９２……ワツシヤ（機構部）。
ル機関の一実施例の基本機器構成図を示す。第２
図は、第１図に示す一実施例における圧力変動図
を示す。第３図は、第１図に示す一実施例におい
て短ピストンを圧縮機に再構成した場合の説明図
を示す。第４図は、第１図に示す一実施例におけ
る長ピストンの断面図を示す。第５図は、本発明
に従つたスターリングサイクルの機関を４組の熱
サイクル機関から構成した場合の長短ピストン群
の配置説明図を示す。 ４１，４２……シリンダ、４３，４４……比較
的長いピストン、４５，４６……可変空間、４７
……比較的短いピストン、４８……シリンダ、４
９，５０……可変空間、５１，５２……熱交換
器、５３，５４……蓄熱器、５５，５６……熱交
換器、５７，５９……ピストンロツド、６０，６
１，６２……ガイドピストン、６３，６４……ガ
ス空間部（可変ガス空間部）、６９……空間（ガ
ス空間）、７２……空間部、８０……ピストンキ
ヤツプ、８１……吸入チエツク弁、８２……安全
弁、８３……ピストン素子（ピストン素子部）、
８５……金属板（セラミツク板）、８６……断熱
材、８７……内部、９１……ナツト（機構部）、
９２……ワツシヤ（機構部）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガイドピストン付の比較的長いピストン２本
とガイドピストン付の比較的短いピストン１本の
それぞれのシリンダ、 並びに多数の蓄熱器、熱交換器により２つの熱
サイクルを構成する１組、または多数から成るス
ターリングサイクル機関において、 前記比較的長いピストンを、薄肉円筒状を呈
し、その内部に穴が多数穿設された薄い金属板ま
たはセラミツク板及び断熱材が配設されたピスト
ンキヤツプと、 外方より前記ピストンキヤツプの内部への流体
の流通を許容し、前記ピストンキヤツプの内部か
ら外方への流体の流通を阻止する吸入チエツク
弁、前記ピストンキヤツプの内部の流体の圧力が
所定圧以上になつた時に該流体を外方へ逃がす安
全弁及びピストンロツドを接続する機構部を内蔵
するピストン素子部とから形成し、 前記ピストンキヤツプの内部を加圧してなるス
ターリングサイクル機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19500681A JPS5896147A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | スタ−リングサイクル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19500681A JPS5896147A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | スタ−リングサイクル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896147A JPS5896147A (ja) | 1983-06-08 |
| JPH0323742B2 true JPH0323742B2 (ja) | 1991-03-29 |
Family
ID=16333959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19500681A Granted JPS5896147A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | スタ−リングサイクル機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896147A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7171811B1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-02-06 | Global Cooling Bv | Multiple-cylinder, free-piston, alpha configured stirling engines and heat pumps with stepped pistons |
| JP6184262B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-08-23 | 株式会社東芝 | 冷凍機 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1315889A (en) * | 1971-12-21 | 1973-05-02 | United Stirling Ab & Co | Two-cylinder hot gas engines |
| GB1389988A (en) * | 1973-08-22 | 1975-04-09 | United Stirling Ab & Co | Multi-cylinder double-acting stirling cycle engines |
| JPS595786B2 (ja) * | 1976-11-02 | 1984-02-07 | ダイハツデイ−ゼル株式会社 | スタ−リングサイクル機械の加圧式ピストン装置 |
| JPS5412062A (en) * | 1977-06-28 | 1979-01-29 | Aisin Seiki Co Ltd | Constitution of reversible cycle |
-
1981
- 1981-12-02 JP JP19500681A patent/JPS5896147A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5896147A (ja) | 1983-06-08 |
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