JPH04301165A - 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】

【０００１】

【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、特にその出力制御を行なうための構成に関する
。

【０００２】

【従来の技術】スターリングエンジンは、作動空間に高
圧で封入された作動流体によってシリンダ内をピストン
を往復動させて作動させるものである。スターリングエ
ンジンの代表的な形態の１つである、２ピストンスター
リングエンジンを例に採ってその構成と作用を説明する
。図１１は、その形式のスターリングエンジンの構成を
示す図で、膨脹ピストン１と圧縮ピストン２とを夫々有
する膨脹シリンダと圧縮シリンダとの間に、加熱器３、
再生器４、冷却器５を配置し、それらの作動空間に封入
した作動流体、例えばＨｅガスを膨脹・圧縮させ、その
力をクランク機構により往復運動から回転運動に変換し
て出力を取出す。２つのピストン１、２の背面空間７は
導管により連結されており、背面空間７の圧力変動を吸
収するためのバッファータンク８に接続されている。通
常、バッファータンク８内には作動流体が封入されてお
り、ニードルバルブ９やキャピラリチューブ等の絞り部
を有する外部管路で作動空間に連結されていることによ
り、作動空間圧力の平均圧を平均とした逆位相の振幅を
持った圧力となる。また、クランク室６はロッド部１４
シール材で完全にシールすることにより、大気圧となっ
ているか、絞りを有する外部配管によりバッファータン
クに連結させてバッファータンク内の平均圧力としてい
る。

【０００３】このような２ピストンスターリングエンジ
ンの出力制御方法としては、作動空間封入圧力を増減さ
せる方法が公知となっている。

【０００４】作動空間の封入圧力制御方法としては、例
えば、特開昭５８−１０４３４６号公報に、圧力調整弁
を備えるボンベ等の外部タンクを逆向き並列に接続され
た一対の逆止弁とこれら逆止弁に夫々直列に接続された
供給弁及びタンクを介して接続し、作動流体の圧力の最
大振幅時の上限最低圧力が所定レベル以下になった時、
圧力調整弁を開き、ボンベ等外部タンクからの作動流体
を作動空間に供給可能とすることにより達成する方法が
開示されている。

【０００５】この考え方を図１１に示したスターリング
エンジンに適用すると図１２の如くなる。図１２におい
て、符号２０、２１は互いに逆向き並列に配置された逆
止弁、２２、２３は供給弁、２４はタンク、２５は圧力
調整弁、２６はボンベ等の外部タンクである。

【０００６】しかし、こうした場合、ピストン背面空間
７に通ずるとともに内部に作動流体と同一種類の流体を
封入しているバッファータンク８や、それとほぼ同等の
圧力の流体を封入しているクランク室６を有する図示の
タイプのスターリングエンジンでは、流体を封入すべき
空間が大きいため、相対的に外部タンク２６の容量も大
きくせざるを得ない。そのため、システムとしての機関
のサイズは大型化を免れない。

【０００７】又、特開昭６２−２０６５９号公報には、
バッファータンクと作動空間の低温領域との間に逆並列
に接続された一対の逆止弁とこれらに夫々直列に接続さ
れた一対の電磁弁とを設け、運転モードに対応させて上
記電磁弁を開閉制御することにより作動空間の圧力を増
減させることが開示されている。

【０００８】この考え方を、図１１で説明したスターリ
ングエンジンに適用すれば、図１３の如くなる。図１３
において、符号２７、２８は逆並列に接続された一対の
逆止弁、２９、３０は電磁弁である。

【０００９】このようにすることにより、外部タンクを
廃止あるいは小型化できるとしているが、この構成では
、実際には充分な制御幅が得られるとは考えられず、又
、ピストン上下の圧力差を利用して駆動しているスター
リングエンジンでは、作動空間圧力と、バッファータン
ク８に通ずるピストン背面空間７の圧力の相対関係を変
化させることは、どの場合でも、作動部、駆動部の信頼
性を得るには、バッファータンクの容量を充分大きくす
る必要があり、結果としてエンジン自体の大型化を招か
ざるを得ない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来提案さ
れているスターリングエンジンの作動空間の圧力制御方
法の上述の問題点にかんがみ、システムとしてのエンジ
ンの大型化を招くことなく、充分な圧力制御幅が得られ
、信頼性の高い制御が可能なスターリングエンジンを提
供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるスターリン
グエンジンは、上記の課題を解決するため、ピストンに
より閉じられた作動空間と、ピストン背面空間と、該ピ
ストン背面空間と独立したクランク室と、上記ピストン
背面空間に連通し内部に作動空間と同一種類の作動流体
を封入したバッファータンクを有するスターリングエン
ジンにおいて、上記クランク室に上記作動空間と同一種
類の作動流体が封入され、該クランク室と上記作動空間
との間に逆向き並列に接続された一対の逆止弁とこれら
逆止弁の夫々に直列に接続された一対の電磁弁を備え、
これらの電磁弁を開閉制御することにより、出力制御を
行なうことを特徴とする。

【００１２】

【作動】本発明のスターリングエンジンは以上の如く、
クランク室に作動流体が封入され、上述の如く逆止弁と
電磁弁とが配置された配管で作動空間と接続されている
ので、出力の増減意図に応じて一対の電磁弁のいずれか
を開放することにより、作動空間の圧力を初期状態より
も高圧としたり、低圧としたりすることができ出力の増
減が可能となる。この場合、クランク室の容量は大きい
ので、大きい範囲で出力の制御が可能となる。

【００１３】さらに、上述作動空間と逆向き並列に接続
された一対の逆止弁とこれら逆止弁の夫々に直列に接続
された一対の電磁弁を備えた配管により接続された外部
制御タンクを有し、これらの電磁弁を、前記クランク室
と作動空間との間の配管に設けられた電磁弁の制御と併
せて開閉制御するようにすれば、クランク室と外部制御
タンクの合計容積が出力増減に寄与するので更に広範囲
の出力増減制御が可能となる。

【００１４】本発明のスターリングエンジンの構成によ
れば、本来スターリングエンジンに生来的に存在するク
ランク室を、作動空間の圧力増減のための制御タンクに
兼用したので、外部制御タンクのみを用いた圧力制御に
比べて、外部制御タンクを小型化、さらには不要とする
ことができ、システムとしてのエンジンのサイズを小型
化することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を、図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明を図１１で説明したスター
リングエンジンに適用した実施例を示す図である。した
がって、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し
て示し、異る点に重点を置いて説明する。

【００１７】図１１に示すスターリングエンジンでは、
クランク室６は絞り部を有する導管で作動空間と連通さ
れていたが、本実施例では、クランク室６には、作動空
間と同一の作動流体が封入され、かつ、作動空間と、逆
向き並列に接続された一対の逆止弁１０、１１と、これ
らの逆止弁の夫々に直列に接続された一対の電磁弁１２
、１３を有する配管により接続されている。逆止弁１０
は作動空間及びニードル弁９を介してバッファータンク
８からクランク室６の方向への流れのみを許容し、逆止
弁１１はこれと逆にクランク室６から作動空間及びバッ
ファータンク８側への流れのみを許容する如く配置され
ている。それ以外の構成は、図１１のスターリングエン
ジンと異るところはない。

【００１８】電磁弁１２、１３は以下の如く開閉制御さ
れる。先ず、図２に示すような作動空間圧力Ｐｗ、バッ
ファー空間圧力Ｐｂ、クランク室圧力Ｐｃを有する初期
状態において、図示しない制御装置により、電磁弁１３
を開くと、これに直列に接続された逆止弁１１はクラン
ク室６から作動空間及びバッファータンク８への流れの
みを許容するので、クランク室６内に封入された作動流
体は、作動空間及びバッファータンク８へ流れ、クラン
ク室６内の圧力Ｐｃは、図３に示す如く、作動空間圧力
Ｐｗの最低圧力に等しくなる。この時、作動空間は、図
２の初期状態より高圧となり出力が増大する。

【００１９】逆に、電磁弁１３を閉じ、電磁弁１２を開
放すると、逆止弁１０の許容する流れの方向により、作
動空間及びバッファータンク８内の作動流体はクランク
室６内に流れ、やがて図４に示すように、クランク室６
内の圧力Ｐｃは、作動空間圧力Ｐｗの最高圧力になる。 この状態で、作動空間圧力Ｐｗは、図２の初期状態に比
して低く、出力減少が可能となる。

【００２０】図５は、本発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例では、図１に示す実施例の構成に逆向き
並列に接続された一対の逆止弁１５、１６と、これらの
夫々に直列に接続された一対の電磁弁１７、１８を備え
た配管により、作動空間に接続された外部制御タンク１
９を設け、クランク室６と作動空間及びバッファータン
ク８との間に設けた前記の弁構成の配管の電磁弁１２、
１３の制御と併用することにより、さらに広範囲な出力
の増減を可能としたものである。

【００２１】その作用を図６乃至図１０を参照して説明
する。これらの図中、Ｐｗは作動空間圧力、Ｐｂはバッ
ファータンク内圧力、Ｐｃはクランク室圧力、Ｐｔは外
部制御タンク圧力である。図６の状態から電磁弁１７を
開けば、逆止弁１５の作用により、図７に示す如く外部
制御タンク圧力Ｐｔは作動空間圧力Ｐｗの最低圧力迄下
る。この時作動空間の圧力Ｐｗは、図６に示す初期状態
より高くなり出力は増大する。この後、電磁弁１３を開
けば、図８に示す如く、クランク室内圧力Ｐｃが作動空
間圧力Ｐｗの最低値に下る一方作動空間圧力Ｐｗは上昇
し、作動空間圧力は最高となる。

【００２２】逆に、図６の初期状態から、電磁弁１８を
開き、作動空間内流体を外部タンク１９に流すことによ
り、図９に示す如く、作動空間内圧力を低下させた後、
さらに電磁弁１２を開けば、図１０に示す如く、作動空
間内圧力は最低圧となり、出力を減少させることができ
る。

【００２３】

【効果】以上の如く、本発明によれば、容積の大きいク
ランク室を作動空間圧力制御空間として利用することに
より、外部制御タンクを設けることなく、あるいは設け
たとしても小容量のものとして、広範囲の圧力制御ひい
ては出力制御を行なうことが可能となり、システムとし
てのエンジンのサイズを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のスターリングエンジンの
構成を示す断面図である。

【図２】その作用を図３、図４とともに説明する各部圧
力を示す曲線図である。

【図３】その作用を図２、図４とともに説明する曲線図
である。

【図４】その作用を図２、図３とともに説明する曲線図
である。

【図５】本発明の第２実施例のスターリングエンジンの
構成を示す断面図である。

【図６】その作用を説明する図の１つである。

【図７】その作用を説明する他の図の１つである。

【図８】その作用を説明するさらに他の図の１つである
。

【図９】その作用を説明するさらに他の図である。

【図１０】その作用を説明するさらに他の図である。

【図１１】代表的な従来のスターリングエンジンの構成
を示す断面図である。

【図１２】従来提案された作動空間圧力制御方法を図１
１のスターリングエンジンに適用した例の断面図である
。

【図１３】従来提案された他の作動空間圧力制御方法を
図１１のスターリングエンジンに適用した例の断面図で
ある。

【符号の説明】

１、２　　ピストン ３　　加熱器 ４　　再生器 ５　　冷却器 ６　　クランク室 ７　　ピストンの背面空間 ８　　バッファータンク １０、１１、１５、１６　　逆止弁 １２、１３、１７、１８　　電磁弁 １９　　外部制御タンク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ピストンにより閉じられた作動空間と
   、ピストン背面空間と、該ピストン背面空間から独立し
   たクランク室と、上記ピストン背面空間に連通し内部に
   作動空間と同一種類の作動流体を封入したバッファータ
   ンクを有するスターリングエンジンにおいて、上記クラ
   ンク室に上記作動空間と同一種類の作動流体が封入され
   、該クランク室と上記作動空間との間に逆向き並列に接
   続された一対の逆止弁とこれら逆止弁の夫々に直列に接
   続された一対の電磁弁を備え、これらの電磁弁を開閉制
   御することにより、出力制御を行なうことを特徴とする
   スターリングエンジン。
2. 【請求項２】　　上記作動空間と、逆向き並列に接続さ
   れた一対の逆止弁とこれら逆止弁の夫々に直列に接続さ
   れた一対の電磁弁を備えた配管により接続された外部制
   御タンクを有し、これらの電磁弁を、前記クランク室と
   作動空間との間の配管に設けられた電磁弁の制御と併せ
   て開閉制御することにより出力制御を行なうことを特徴
   とする請求項１に記載のスターリングエンジン。