JPH0730929Y2 - 熱機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、クランクケース加圧型の無潤滑圧縮機や熱
駆動機関などの熱ガス機関に関し、特にその作動空間へ
の潤滑油の侵入を防止するための動力ロッドの内部形状
に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は、例えば特開昭60−212660号公報に示された従
来の熱ガス機関の断面構成図である。本図は、本考案が
適用できる代表的な熱ガス機関の一つであるディスプレ
ーサタイプスターリング機関を示す。図において、１は
ディスプレーサであり、シリンダ２内の高圧作動流体の
流れを生じさせ、加熱器３、再生熱交換器４、冷却器５
の作用と加えて、シリンダ内に圧力変化を発生させるも
のである。６はシリンダ内に発生した圧力変化を出力と
して取り出す動力ピストンであり、これに接続されてい
る動力ロッド７、クロスヘッド８、動力コンロッド9a,9
b,クランク軸10に運動を伝達し、外部に回転出力を得る
ためのものである。

上記クランク軸10には、さらにディスプレーサコンロッ
ド11が接続され、このコンロッド11の他端にはディスプ
レーサロッド12が接続されており、該ディスプレーサロ
ッド12はクロスヘッド８、動力ロッド７、動力ピストン
６を貫通し、ディスプレーサ１に運動を伝えている。13
はディスプレーサロッド12の動力ピストン６貫通部分の
気密を保つ軸シールで、通常オーリング等の各種パッキ
ンが使用される。14はディスプレーサ１に取り付けられ
たガイドリング、15はクロスヘッド８と動力ロッド７間
の軸受であり、ディスプレーサ１はガイドリング14によ
って支持されるとともに、ディスプレーサロッド12を介
して上記軸受15によって支持される。16はクランクケー
ス、17はクランクケース底部にある潤滑油であり、クラ
ンク軸10やクロスヘッド８、軸受15の摺動面にこの潤滑
油17が送られ、潤滑作用がなされている。

〔考案が解決しようとする課題〕

このような構成になるスターリング機関においては、デ
ィスプレーサロッド12の軸受15を潤滑した潤滑油が、動
力ピストン６やディスプレーサ１の上下往復運動にとも
なって、軸受15上部に浸入する。さらに動力ロッド７と
ディスプレーサロッド12との隙間である動力ロッド内部
空間18に飛沫として入り込み、軸シール13に付着し、動
力ピストン６上部空間である作動空間19に浸入する。

その結果、浸入した潤滑油が加熱器３や再生熱交換器
４、冷却器５に付着し、伝熱性能を劣化させスターリン
グ機関の性能を低下させることになる。さらに、機関が
高回転になると、動力ロッド内部空間18に溜まった油が
急激に跳ね飛び、機関の性能が著しく低下するなどの問
題点があった。

この考案は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、動力ロッド内部空間に溜まった油を効率よく
クランクケース底部側に戻すことができ、これにより高
回転時においても、動力ロッド内部空間に溜まる油の量
を少なくして油が跳ね飛ぶのを抑制できる熱機関を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この考案に係る熱機関は、シリンダ内に圧力変化を生じ
させるディスプレーサと、この圧力変化を機械的な出力
として取り出す動力ピストンと、該動力ピストン下側に
該ピストンと通気孔を有する筒状動力ロッドにより連結
して配置され、機関往復運動に伴う体積変化が微小かま
たは無いディスタンス室を上記動力ピストン及びシリン
ダとともに形成するクロスヘッドと、該クロスヘッド下
方のバッファ室内に配置され、上記動力ピストンの往復
運動をクランク軸の回転運動に変換するクランク機構
と、上記動力ピストン、動力ロッド、及びクロスヘッド
の内部を貫通して摺動自在に設けられ、上記ディスプレ
ーサとクランク機構とを連結するディスプレーサロッド
と、上記バッファ室と上記ディスタンス室とを連通する
連通管と、該連通管中に設けられ、上記バッファ室から
上記ディスタンス室への方向をガスの流通経路とする逆
止弁とを備え、上記ディスタンス室内を平均して上記バ
ッファ室内より高い圧力に保持するようにし、かつ上記
動力ロッドの内部形状を、上記ディスプレーサロッドと
上記クロスヘッドとの摺接部が円周状となりかつ該摺接
部が上記動力ロッド内部空間の中で最も低い位置となる
ような形状とし、上記動力ロッドの内部空間に浸入した
潤滑油が上記摺接部に集まるようにしたものである。

〔作用〕

この考案においては、バッファ室とディスタンス室とを
連通する連通管中に、バッファ室からディスタンス室へ
の方向をガスの流通経路とする逆止弁を設けることによ
り、クロスヘッド上側の動力ロッド内部空間の圧力をク
ロスヘッド下側のバッファ室の圧力より高くし、かつ動
力ロッド内部形状を、ディスプレーサロッドとクロスヘ
ッドとの摺接部が円周状となりかつこの摺接部が動力ロ
ッド内部空間の中で最も低い位置となるような形状とし
たから、動力ロッド内部空間に溜まる油は自重により上
記摺接部に集まり、バッファ室と動力ロッド内部空間と
の圧力差による油を押しもどす作用が有効に働き、動力
ロッド内部空間に溜まっている油はバッファ室へ落ち効
率よくクランクケース底部側に戻って油量が減少するこ
ととなり、これによりクロスヘッド上方の動力ピストン
上側の作動空間へ浸入する油量を少なくして油の跳ね飛
ぶのを抑制することができる。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図について説明する。

第１図はこの考案の一実施例による熱機関の潤滑油浸入
防止機構を説明するための断面図であり、図において、
第８図と同一符号は同一のものを示し、16はクランクケ
ースで、ここではクランクケースの下部構造は省略して
いる。12はディスプレーサロッドで、これは動力ピスト
ン６の中央部に形成された貫通孔内を摺動する小径部と
動力ロッド７及びクロスヘッド８の内部を摺動する大径
部とからなり、その大径部の摺動部上面の形状は外周側
が中心側より低くなった形状となっている。そしてこの
ような形状とすることにより、ディスプレーサロッド12
とクロスヘッド８との摺接部が円周状となりかつこの摺
動部が動力ロッド内部空間18の中で最も低い位置とな
る。また31はクロスヘッド８の下部とクランクケース16
とで形成されるクランクケース内空間であるバッファ
室、32はクロスヘッド８、動力ピストン６、シリンダ２
で形成されるクロスヘッド上方の空間であるディスタン
ス室である。ディスタンス室32はクロスヘッド８やディ
スプレーサロッド12が往復運動しても、その体積の変化
量が微小であるか又は体積の変化が無いように構成され
ている。

33は空間31と32とを連通する通気管（連通管）で配管の
途中に油ミスト分離器34,及び図中の矢印方向を流通方
向とする逆止弁35が配置されている。36は動力ロッド７
に設けられた通気孔であり、動力ロッド７とディスプレ
ーサロッド12との隙間である動力ロッド内部空間18と、
ディスタンス室32とを連通するものである。37はクロス
ヘッド８の摺動部、38はディスプレーサロッド軸受部の
摺動部であり、それぞれ潤滑油が浸透し、シール機能を
有している。

次に作用効果について説明する。

通常、このスターリング機関はクランクケース内が加圧
された状態で運転される。クランク軸の回転に同期して
クロスヘッド８、動力ピストン６は上下の往復運動を繰
り返す。この際、バッファ室31はクロスヘッド８の往復
に従ってその体積が変化するので、その圧力も同様に変
化する。但し、ディスタンス室32は体積の変化が微小で
あること、作動空間19よりのガス漏れ量が通常少ないこ
とから、その圧力はほぼ一定値を示す。

今、通気管が閉塞された場合を考える。この場合、クロ
スヘッド８の摺動面37の密閉性がよいと、バッファ室31
の圧力Pbとディスタンス室32の圧力Pdは、通常第２図に
示すように観測される。つまり、両圧力Pb、Pdの平均圧
力がほぼ等しくなる。

次に第１図の配管がなされている場合を考える。クロス
ヘッド８が往復区間の下方にある場合は、バッファ室の
圧力Pbはディスタンス室の圧力Pdより高く、第２図にお
いてＡで示した範囲にある。この時間帯では逆止弁35を
通ってガスがバッファ室31より、ディスタンス室32に吸
収される。つまり逆止弁35を設けることによって、バッ
ファ室31は圧縮機と同等の機能を持つことになり、この
場合、PbとPdの関係は第３図に示すようになり、Pdの平
均圧力がPbの平均圧力より高くなる。この際、通気管33
には油ミスト分離器34が装着されているので、バッファ
室31から流れるガスに含有される潤滑油ミストが分離さ
れ、ドライなガスのみがディスタンス室32に流入するこ
とになる。

ここで周知のごとく、クランク軸の軸受などの潤滑油が
飛散し、軸受隙間38を通り、動力ロッド内部空間18に浸
入する。潤滑状態にあるディスプレーサロッド12が往復
運動を行うことによって、その摺動面38にある潤滑油
は、ほぼ機関の回転数に比例した量がポンプアップされ
る。従来、このようにポンプアップされた潤滑油が動力
ロッド内部空間18を通って作動空間19に浸入し、種々の
不都合が発生していたが、我々が発明したようにディス
タンス室32とバッファ室31との間に逆止弁機構を設け、
該機構により空間31,32の圧力を制御し、さらに動力ロ
ッド内部空間18と前記ディスタンス室32とを通気孔36に
て連通することにより、ディスプレーサロッド12の軸受
15の上下空間の圧力の関係を第３図のように制御でき
る。

このように圧力関係を維持することによって、ディスプ
レーサロッド12の軸受15の摺動面38を通りポンプアップ
された潤滑油をその圧力差（Pd−Pb）によりバッファ室
31を通してクランクケース16の底へ押し戻すことができ
る。

また本実施例では上記摺動部上面30aの外周側を中心側
より低くしており、このためポンプアップされた潤滑油
を一層有効にクランクケース16の底へ押し戻すことがで
きる。つまり上記のようなディスプレーサロッド12の形
状により、動力ロッド内部空間18に溜った油は、油の自
重により摺動部上面30aの外周部（摺動部38付近）に集
まり、油を押し戻す圧力差の作用が有効に働き、油がバ
ッファ室31へ落され、動力ロッド内部空間18に溜まって
いる油量は減少する。そのため、機関が高回転になって
も作動空間19への油浸入量が抑えられ、油あがりによる
機関の性能の低下が少なくなる。

この実施例ではディスプレーサロッド12の摺動部の構造
を該摺動部上面30aの外周側がその中心側より低くなっ
た構造としたが、ディスプレーサロッド摺動部の構造は
これに限るものではなく、以下その例について説明す
る。

第４図は本考案の第２の実施例による油浸入防止装置を
示し、この実施例ではディスプレーサロード12大径部の
摺動部はその上面30bの外周部を面取りした構造となっ
ており、その他の構成は第１図と同一であり、この場合
も上記実施例と同様の効果がある。

また第５図は本考案の第３の実施例を示す。この実施例
では上記各実施例のようにディスプレーサロッド12の径
を変えるのではなく、上記動力ロッド７のディスプレー
サロッド12を挿入する貫通孔の内径を動力ロッド７及び
クロスヘッド８の該ディスプレーサロッド12との摺動部
の内径より大きくし、貫通孔下端部の形状をその内径が
その下側の摺動部に向かって徐々に小さくなる形状とし
てしいる。つまり、動力ロッド７の内径をクロスヘッド
８のディスプレーサロッドとの摺動部の内径より広く
し、クロスヘッド８の摺動部上面40aの内周部を外周部
より低くした形状としている。この場合も、ディスプレ
ーサロッドまたは動力ロッド内部壁に付着した油は、そ
の自重のためにディスプレーサロッド摺動部38に集ま
り、これにより油を押しもどす作用が上記両実施例と同
じく有効に働く。

なお、第５図に示した実施例では、クロスヘッド８の摺
動部上面40aの内周部を外周部より低くした形状にした
が、第６図に示す第４の実施例のようにクロスヘッド８
のディスプレーサロッド12との摺動部をその上面40bの
内周側を面取りした形状としてもよく、この場合も同様
の効果がある。

最後に本考案の第５の実施例を第７図を用いて説明す
る。この実施例では第７図に示すようにクロスヘッド８
にピストンリング46を、またディスプレーサロッド12の
軸受面にピストンリング47を装着し、それぞれの摺動面
のシール機能を向上させている。このような構成によ
り、第１図などの実施例の場合よりも一層第３図に示す
圧力制御が容易になる。

さらにこの実施例では多孔質の物体（スポンジや発泡金
属など）からなる油飛散防止板48を設けており、これに
より油が摺動面38を通過し、潤滑摺動面上部に上昇して
きても、その潤滑油が上方向へ飛散するのを防止でき、
軸シール13への油の付着を防止できる。

なお、第７図の実施例は第１図の実施例にピストンリン
グや油飛散防止体を設置したものであるが、このピスト
ンリングまたは油飛散防止体を別々にまたは同時に第４
図から第６図のいずれかの実施例に設置してもよいこと
はいうまでもない。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案に係る熱機関によれば、シリン
ダ内に圧力変化を生じさせるディスプレーサと、この圧
力変化を機械的な出力として取り出す動力ピストンと、
該動力ピストン下側に該ピストンと通気孔を有する筒状
動力ロッドにより連結して配置され、機関往復運動に伴
う体積変化が微小かまたは無いディスタンス室を上記動
力ピストン及びシリンダとともに形成するクロスヘッド
と、該クロスヘッド下方のバッファ室内に配置され、上
記動力ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変
換するクランク機構と、上記動力ピストン、動力ロッ
ド、及びクロスヘッドの内部を貫通して摺動自在に設け
られ、上記ディスプレーサとクランク機構とを連結する
ディスプレーサロッドと、上記バッファ室と上記ディス
タンス室とを連通する連通管と、該連通管中に設けら
れ、上記バッファ室から上記ディスタンス室への方向を
ガスの流通経路とする逆止弁とを備え、上記ディスタン
ス室内を平均して上記バッファ室内より高い圧力に保持
するようにし、かつ上記動力ロッドの内部形状を、上記
ディスプレーサロッドと上記クロスヘッドとの摺接部が
円周状となりかつ該摺接部が上記動力ロッド内部空間の
中で最も低い位置となるような形状とし、上記動力ロッ
ドの内部空間に侵入した潤滑油が上記摺接部に集まるよ
うにしたので、これにより、動力ロッド内部空間に溜ま
った油を効率よくクランクケース側に押し戻し、この内
部空間に溜まる油量を減少させることができ、機関がさ
らに高回転となっても作動空間の潤滑油量の増大を防止
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１の実施例による熱機関の油浸入
防止機構を説明するための断面図、第２図及び第３図は
それぞれディスタンス室，バッファ室の機関運転時の圧
力状況を示す図、第４図ないし第７図はそれぞれ本考案
の第２ないし第５の実施例による油浸入防止機構を説明
するための断面概略図、第８図は従来の熱機関を示す断
面概略図である。 １…ディスプレーサ、２…シリンダ、６…動力ピスト
ン、７…動力ロッド、８…クロスヘッド、12…ディスプ
レーサロッド、15…軸受、16…クランクケース、18…動
力ロッド内部空間、30a,30b…ディスプレーサロッド摺
動部上面、31…バッファ室、32…ディスタンス室、33…
通気管、34…油ミスト分離器、35…逆止弁、36…通気
孔、38…ディスプレーサロッド摺動部、40a,40b…クロ
スヘッドの摺動部上面、46,47…ピストンリング、48…
油飛散防止体。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に圧力変化を生じさせるディス
   プレーサと、 この圧力変化を機械的な出力として取り出す動力ピスト
   ンと、 該動力ピストン下側に該ピストンと通気孔を有する筒状
   動力ロッドにより連結して配置され、機関往復運動に伴
   う体積変化が微小かまたは無いディスタンス室を上記動
   力ピストン及びシリンダとともに形成するクロスヘッド
   と、 該クロスヘッド下方のバッファ室内に配置され、上記動
   力ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換す
   るクランク機構と、 上記動力ピストン、動力ロッド、及びクロスヘッドの内
   部を貫通して摺動自在に設けられ、上記ディスプレーサ
   とクランク機構とを連結するディスプレーサロッドと、 上記バッファ室と上記ディスタンス室とを連通する連通
   管と、 該連通管中に設けられ、上記バッファ室から上記ディス
   タンス室への方向をガスの流通経路とする逆止弁とを備
   え、 上記ディスタンス室内を平均して上記バッファ室内より
   高い圧力に保持するようにし、 かつ上記動力ロッドの内部形状を、上記ディスプレーサ
   ロッドと上記クロスヘッドとの摺接部が円周状となりか
   つ該摺接部が上記動力ロッド内部空間の中で最も低い位
   置となるような形状とし、 上記動力ロッド内部空間に侵入した潤滑油が上記摺接部
   に集まるようにしたことを特徴とする熱機関。