JPS59224448A - 熱力学往復動機関 - Google Patents
熱力学往復動機関Info
- Publication number
- JPS59224448A JPS59224448A JP58097911A JP9791183A JPS59224448A JP S59224448 A JPS59224448 A JP S59224448A JP 58097911 A JP58097911 A JP 58097911A JP 9791183 A JP9791183 A JP 9791183A JP S59224448 A JPS59224448 A JP S59224448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- piston
- temperature side
- reciprocating engine
- working space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
- F02G2243/04—Crank-connecting-rod drives
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
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。
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、スターリングサイクルまたは逆スターリング
サイクルに類似したサイクルを行なう熱力学往復動機関
に関する。
サイクルに類似したサイクルを行なう熱力学往復動機関
に関する。
（従来例の構成とその問題点）
従来より、種々のガスサイクルの中に２つの等温変化と
２つの等容変化よりなるスターリングサイクルが知られ
ている。これは原動機サイクルで、その効率はカルノー
サイクルと同一となり、逆サイクルは冷凍サイクルとな
る。
２つの等容変化よりなるスターリングサイクルが知られ
ている。これは原動機サイクルで、その効率はカルノー
サイクルと同一となり、逆サイクルは冷凍サイクルとな
る。
第１図はスターリングサイクルの圧力−容積特性を示す
ｐ−ｖ線図、第２図はスターリングサイクルを行なう熱
力学往復動機関の簡略説明図である。
ｐ−ｖ線図、第２図はスターリングサイクルを行なう熱
力学往復動機関の簡略説明図である。
第２図においてＴｈは高温側作動空間、Ｔｏは低温側作
動空間、Ｒｅは再生器、Ｐｓｌは高温側作動空間の容積
を変化させるピストン、Ｐ８２は低温側作動空間の容積
を変化させるピストンをそれぞれ示している。
動空間、Ｒｅは再生器、Ｐｓｌは高温側作動空間の容積
を変化させるピストン、Ｐ８２は低温側作動空間の容積
を変化させるピストンをそれぞれ示している。
そして第１図のスターリングサイクルめ各点ａ〜ｄをピ
ストンの位置に転換すると第２図のａ〜ｄのようになる
。捷た第１図のスターリングサイクル行程Ａ−Ｄをピス
トンの動作に転換すると第２図のＡ−りのようになる。
ストンの位置に転換すると第２図のａ〜ｄのようになる
。捷た第１図のスターリングサイクル行程Ａ−Ｄをピス
トンの動作に転換すると第２図のＡ−りのようになる。
ここで、Ａは等温膨張行程、Ｂは等容冷却行程、Ｃは等
温圧縮行程、Ｄは等容加熱行程である。
温圧縮行程、Ｄは等容加熱行程である。
従来より、このスターリングサイクルに類似したサイク
ルを行なう熱機関は種々考案されてきたが、そのいずれ
の場合も高温側作動空間、低温側作動空間の容積を変化
させるそれぞれのぎストン状部材が近似的に三角関数で
あられされるようにしか動くことができず、したがって
、お互いにある位相差をもって動かすことでスターリン
グサイクルに類似させていた。
ルを行なう熱機関は種々考案されてきたが、そのいずれ
の場合も高温側作動空間、低温側作動空間の容積を変化
させるそれぞれのぎストン状部材が近似的に三角関数で
あられされるようにしか動くことができず、したがって
、お互いにある位相差をもって動かすことでスターリン
グサイクルに類似させていた。
これを示したのが第３図であり、同図の破線で示された
スターリングサイクルを行なうピストン状部材の動きに
対して同図の実線で示されたような動きをしてスターげ
ングサイクルに頴似させていた。
スターリングサイクルを行なうピストン状部材の動きに
対して同図の実線で示されたような動きをしてスターげ
ングサイクルに頴似させていた。
このためＰ−■線図は第４図の実線で示されているよう
になり、原動機として考えた場合、同図の破線で示され
たスターリングサイクルに対し−Ｃ斜線部分だけ出力が
低下してし捷うという欠点があった。
になり、原動機として考えた場合、同図の破線で示され
たスターリングサイクルに対し−Ｃ斜線部分だけ出力が
低下してし捷うという欠点があった。
（発明の目的）
本発明は、従来の熱力学往復動機関に見られる上記欠点
を解消するもので、簡単な構造で原動機として用いた場
合は従来の同じ作動空間容積をもつ熱力学往復動機関に
比べ大きな出力を得ることができ、また冷凍機として用
いた場合はより大きな冷凍能力を得ることができる熱力
学往復動機関を提供するものである。
を解消するもので、簡単な構造で原動機として用いた場
合は従来の同じ作動空間容積をもつ熱力学往復動機関に
比べ大きな出力を得ることができ、また冷凍機として用
いた場合はより大きな冷凍能力を得ることができる熱力
学往復動機関を提供するものである。
（発明の構成）
本発明の熱力学往復動機関は、−高温、低温の少なくと
も２つの作動空間を有し、作動流体がその中で熱力学的
サイクルを行ない、前記高温側作動空間と低温側作動空
間は高温側熱交換器、再生器、低温側熱交換器を介して
連通しており、この作動空間の容積は、お互いに位相差
をもって往復動を行なう少なくとも２つのピストン状部
材によシ連続的に変化し、前記ピストン状部材はコネク
ティングロッド等を介して駆動機構に連絡している熱力
学往復動機関において、前記２つのピストン状部材のう
ち少なくとも１つのピストン状部材とそのコネクティン
グロッドとの連結部をピストン状部材の往復動力向に対
し垂直方向にスライド可能としたことを特徴とするもの
である。
も２つの作動空間を有し、作動流体がその中で熱力学的
サイクルを行ない、前記高温側作動空間と低温側作動空
間は高温側熱交換器、再生器、低温側熱交換器を介して
連通しており、この作動空間の容積は、お互いに位相差
をもって往復動を行なう少なくとも２つのピストン状部
材によシ連続的に変化し、前記ピストン状部材はコネク
ティングロッド等を介して駆動機構に連絡している熱力
学往復動機関において、前記２つのピストン状部材のう
ち少なくとも１つのピストン状部材とそのコネクティン
グロッドとの連結部をピストン状部材の往復動力向に対
し垂直方向にスライド可能としたことを特徴とするもの
である。
（実施例の説明）
以下、本発明を添付図面の第５図〜第１０図を参考に説
明する。
明する。
第５図は本発明の一実施例を示す熱カ学往復動槻朋を原
動機として用いた場合の簡略縦断面図である。同図にお
いて、１はディスプレーサ、２はピストンであり、この
ディスプレーサ１とンリンダ３とで囲まれた空間が高温
側作動空間４であり、ディスプレーサ１とピストン２と
７リンダ３とで囲まれた空間が低温側作動空間５である
。この高温側作動空間４と低塩側作動空間５とは高温側
熱交換器６、再生器７、低温側熱交換器８によって連通
している。一方デイスプレーサ１は・、ディスプレーサ
ロッド９、ディスプレーサコノロッド１０を介してクラ
ンクシャフト１１に連結され、また、ピストン２はピス
トンコンロッド１２を介してクランクシャフト１１に連
結されており、これによりクラ８ンクシヤフト１１より
動力がとり出される。
動機として用いた場合の簡略縦断面図である。同図にお
いて、１はディスプレーサ、２はピストンであり、この
ディスプレーサ１とンリンダ３とで囲まれた空間が高温
側作動空間４であり、ディスプレーサ１とピストン２と
７リンダ３とで囲まれた空間が低温側作動空間５である
。この高温側作動空間４と低塩側作動空間５とは高温側
熱交換器６、再生器７、低温側熱交換器８によって連通
している。一方デイスプレーサ１は・、ディスプレーサ
ロッド９、ディスプレーサコノロッド１０を介してクラ
ンクシャフト１１に連結され、また、ピストン２はピス
トンコンロッド１２を介してクランクシャフト１１に連
結されており、これによりクラ８ンクシヤフト１１より
動力がとり出される。
第６図はディスプレーサロッド９とディスプレーサコン
ロッド１０の連結部の拡大断面図、第７図は第６図の側
面断面図を示したもので、図において１３はディスプレ
ーサピンであり、このディスプレーサピン１３によって
ディスプレーザロツ 幕ド９とディスプレーサコンロッ
ド１０は連結され・でいる。また、ディスプレーサピン
１３は、ディスフ０レーサロツド９内の溝１４に沿って
矢印イおよび矢印口方向にスライド可能である。ディス
プレーサコノロッド１０は、クランクピンによってクラ
ンクシャフト１１に連結されている。
ロッド１０の連結部の拡大断面図、第７図は第６図の側
面断面図を示したもので、図において１３はディスプレ
ーサピンであり、このディスプレーサピン１３によって
ディスプレーザロツ 幕ド９とディスプレーサコンロッ
ド１０は連結され・でいる。また、ディスプレーサピン
１３は、ディスフ０レーサロツド９内の溝１４に沿って
矢印イおよび矢印口方向にスライド可能である。ディス
プレーサコノロッド１０は、クランクピンによってクラ
ンクシャフト１１に連結されている。
と（７） 熱力学往復動機関におけるディスプレーサピ
ン１３の動きを第８図を用いて説明する。まずディスプ
レーサ１の上死点位置を基点にとり、ここからのクラン
ク角度をθとする。ディスプレーザ１のストロークヲＳ
ｔ、ディスフ０ンーサピン１３のフライ１゛幅をｍとお
くとＳｔ＞ｍの時にデづスプレーサコンロソド１０とク
ランクが直角となる位置が０°ぐθ〈９０°の時と２７
０°〈θ〈３６０°の時にそれぞれ１箇所づつ存在する
。その時のクランク角度をそれぞれα１．α２とする。
ン１３の動きを第８図を用いて説明する。まずディスプ
レーサ１の上死点位置を基点にとり、ここからのクラン
ク角度をθとする。ディスプレーザ１のストロークヲＳ
ｔ、ディスフ０ンーサピン１３のフライ１゛幅をｍとお
くとＳｔ＞ｍの時にデづスプレーサコンロソド１０とク
ランクが直角となる位置が０°ぐθ〈９０°の時と２７
０°〈θ〈３６０°の時にそれぞれ１箇所づつ存在する
。その時のクランク角度をそれぞれα１．α２とする。
００〈θ〈５ｉｎ−”−’−の時、ディスプレーサ１お
よＳｔ びディスプレーサロッド９の加速度は下向きの方向でア
リ、ディスフ０レーサコンロツド１０に引張られる形と
なるだめ、ディスプレーサピン１３は次第に左側に移動
する。
よＳｔ びディスプレーサロッド９の加速度は下向きの方向でア
リ、ディスフ０レーサコンロツド１０に引張られる形と
なるだめ、ディスプレーサピン１３は次第に左側に移動
する。
５ｉｎ−” −’−＜ ０ （αｌの時、やはり加速度
は下向ｊ きの方向で゛あり、ディスプレーサピン１３は左端に停
止したま１である（第８図Ａの状態）。
は下向ｊ きの方向で゛あり、ディスプレーサピン１３は左端に停
止したま１である（第８図Ａの状態）。
α１〈θ＜ １８０’の時、加速度は上向きの一方向ト
ナリ、ディスプレーサコンロッド１０がディスプレーサ
ロッド９を押す形となるため、ディスプレーサピン１３
は右端に移動して停止した−１まである（第８図Ｂの状
態）。
ナリ、ディスプレーサコンロッド１０がディスプレーサ
ロッド９を押す形となるため、ディスプレーサピン１３
は右端に移動して停止した−１まである（第８図Ｂの状
態）。
１８０°＜ ０ ＜ ５ｉｎ（３，）の時、加速度は上
向きの方向となり、ディスプレーサコンロッド１０がデ
ィスプレーサロッド９を押す形となり、ディスプレーサ
ピン１３は右端に停止した丑まである。
向きの方向となり、ディスプレーサコンロッド１０がデ
ィスプレーサロッド９を押す形となり、ディスプレーサ
ピン１３は右端に停止した丑まである。
ｓ＝（” ） ＜θ〈α２の時、加速度はやはり上向ｊ
きの方向であり、ディスプレーサピン１３は左端へ移動
する（第８図Ｃの状態）。
する（第８図Ｃの状態）。
α２〈θ〈３６０°の時、加速度は下向きの方向であり
、ディスプレーサコンロッド１０がディスプレーサロッ
ド９を引張る形となり、ディスプレーサピン１３は一旦
右端に移動した後シリンダ軸線上に戻る（第８図Ｄ−Ｅ
の状態）。
、ディスプレーサコンロッド１０がディスプレーサロッ
ド９を引張る形となり、ディスプレーサピン１３は一旦
右端に移動した後シリンダ軸線上に戻る（第８図Ｄ−Ｅ
の状態）。
この時のディスプレーサ１の動きを示したΩが第９図で
ある。第９図ではディスプレーサピ／１３が固定されて
いる従来の熱力学往復動機関のディスプレーサ１の動き
を破線で示し、ディスプレーサピン１３が本発明による
動きをする時のディスフ０レーサ１の動きを実線で示す
。
ある。第９図ではディスプレーサピ／１３が固定されて
いる従来の熱力学往復動機関のディスプレーサ１の動き
を破線で示し、ディスプレーサピン１３が本発明による
動きをする時のディスフ０レーサ１の動きを実線で示す
。
第１０図は、ディスプレーサが従来の動きをする場合の
ｐ−ｖ線図および本発明による動きをする場合の熱力学
往復動機関のｐ−ｖ線図を示す。
ｐ−ｖ線図および本発明による動きをする場合の熱力学
往復動機関のｐ−ｖ線図を示す。
同図において従来の熱力学往復動機関のＰ−Ｖ線図は破
線および実線で示す閉曲線であり、本発明の熱力学往復
動機関のＰ−Ｖ線図は実線で示す閉曲線）である。閉曲
線で四重れた部分の面積はその原動イ畏の出力をあられ
す。したがって、本発明の熱力学往復動機、関は、従来
の熱力学往復動機関よりも第１０図の斜線部分だけ大き
な出力を得ることができる。また同様の原理より冷凍機
として用いた場合、従来の冷凍機よシ大きな冷凍能力を
得ることができる。なお本実施例ではディスプレーサロ
ッドとディスプレーサコンロッドとの連結部がディスフ
０レーサロツドの往復動方向と垂直にスライドする場合
について説明したが、略垂直方向にスライドする場合で
もほぼ同様の効果を得ることができる。
線および実線で示す閉曲線であり、本発明の熱力学往復
動機関のＰ−Ｖ線図は実線で示す閉曲線）である。閉曲
線で四重れた部分の面積はその原動イ畏の出力をあられ
す。したがって、本発明の熱力学往復動機、関は、従来
の熱力学往復動機関よりも第１０図の斜線部分だけ大き
な出力を得ることができる。また同様の原理より冷凍機
として用いた場合、従来の冷凍機よシ大きな冷凍能力を
得ることができる。なお本実施例ではディスプレーサロ
ッドとディスプレーサコンロッドとの連結部がディスフ
０レーサロツドの往復動方向と垂直にスライドする場合
について説明したが、略垂直方向にスライドする場合で
もほぼ同様の効果を得ることができる。
（発明の効果）
上記実施例より明らかなように、本発明は、高温、低温
の少なくとも２つの作動空間を有し、作移流体がその中
で熱力学的サイクルを行ない、前記高温側作動空間と低
温側作動空間は高温側熱交換器、再生器、低温側熱交換
器を介して連通しており、この作動空間の容積は、お互
いに位相差をもって往復動を行なう少なくとも２つのピ
ストン状部材により連続的に変化し、前記ピストン状部
材はコネクティングロッド等を介して駆動機構に連絡し
ている熱力学往復動機関において、前記２つのピストン
状部材のうち少なくとも１つのピストン状部材とそのコ
ネクティングロッドとの連結部をピストン状部材の往復
動方向に対し垂直方向にスライド可能としたもので、簡
単な構造で原動機として用いた場合は従来の同じ作動空
間容積をもつ熱力学往復動機関に比べ大きな出力を得る
ことができ、また冷凍機として用いた場合はより大きな
冷凍能力を得ることができる等の利点を有するものであ
る。
の少なくとも２つの作動空間を有し、作移流体がその中
で熱力学的サイクルを行ない、前記高温側作動空間と低
温側作動空間は高温側熱交換器、再生器、低温側熱交換
器を介して連通しており、この作動空間の容積は、お互
いに位相差をもって往復動を行なう少なくとも２つのピ
ストン状部材により連続的に変化し、前記ピストン状部
材はコネクティングロッド等を介して駆動機構に連絡し
ている熱力学往復動機関において、前記２つのピストン
状部材のうち少なくとも１つのピストン状部材とそのコ
ネクティングロッドとの連結部をピストン状部材の往復
動方向に対し垂直方向にスライド可能としたもので、簡
単な構造で原動機として用いた場合は従来の同じ作動空
間容積をもつ熱力学往復動機関に比べ大きな出力を得る
ことができ、また冷凍機として用いた場合はより大きな
冷凍能力を得ることができる等の利点を有するものであ
る。
第１図はスターリングサイクルのＰ−Ｖ線図、第２図は
スターリングサイクルを行なう機関のピストンの動きの
説明図、第３図は従来の熱力学往復動機関のピストンの
動きの説明図、第４図は従来の熱力学往復動機関のｐ−
ｖ線図、第５図は本発明の一実施例を示す熱力学往復動
機関を原動機として用いた場合の簡略縦断面図、第６図
はディスフ０レーザロツドとディスプレーサコンロッド
の連結部の拡大断面図、第７図は第６図の側面断面図、
第８図はディスプレーサピンの動作説明図、第９図はデ
ィスプレーサの動きの説明図、第１０図は従来の熱力学
往復動機関と本発明の熱力学往復動機関のｐ−ｖ線図を
比較した図である。 １・・ディスプレーサ、２・・ピストン、３・・・シリ
ング、４・・・高温側作動空間、５・・・低温側作動空
間、６・・・高温側熱交換器、７・・ご再生器、８・・
低温側熱交換器、９・・−ディスフ０レーサロツド、１
０・・・ディスプレーサコンロッド、１１・・・クラン
クシャフト１２・・ ピストンコンロッ ド。 第１図 一−→−Ｖ 第２図 一一一 ■ 第 ５ 図 第６図 第７図 Ａ Ｂ Ｃ
Ｚ Ｄ Ｅ
スターリングサイクルを行なう機関のピストンの動きの
説明図、第３図は従来の熱力学往復動機関のピストンの
動きの説明図、第４図は従来の熱力学往復動機関のｐ−
ｖ線図、第５図は本発明の一実施例を示す熱力学往復動
機関を原動機として用いた場合の簡略縦断面図、第６図
はディスフ０レーザロツドとディスプレーサコンロッド
の連結部の拡大断面図、第７図は第６図の側面断面図、
第８図はディスプレーサピンの動作説明図、第９図はデ
ィスプレーサの動きの説明図、第１０図は従来の熱力学
往復動機関と本発明の熱力学往復動機関のｐ−ｖ線図を
比較した図である。 １・・ディスプレーサ、２・・ピストン、３・・・シリ
ング、４・・・高温側作動空間、５・・・低温側作動空
間、６・・・高温側熱交換器、７・・ご再生器、８・・
低温側熱交換器、９・・−ディスフ０レーサロツド、１
０・・・ディスプレーサコンロッド、１１・・・クラン
クシャフト１２・・ ピストンコンロッ ド。 第１図 一−→−Ｖ 第２図 一一一 ■ 第 ５ 図 第６図 第７図 Ａ Ｂ Ｃ
Ｚ Ｄ Ｅ
Claims (1)
- 高温、低温の少なくとも２つの作動空間を有し、作動流
体がその中で熱力学的サイクルを行ない、前記高温側作
動空間と低温側作動空間は高温側熱交換器、再生器、低
温側熱交換器を介して連通しており、前記作動空間の容
積は、お互いに位相差をもって往復動を行なう少なくと
も２つのピストン状部材によシ連続的に変化し、前記ピ
ストン状部材はコネクティングロッドを介して駆動機構
に連絡している熱力学往復動機関において、前記２つの
ピストン状部材のうち少なくとも１つのピストン状部材
とそのコネクティングロッドとの連結部をピストン状部
材の往復動方向に対し垂直方向にスライド可能としたこ
とを特徴とする熱力学往復動機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097911A JPS59224448A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 熱力学往復動機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097911A JPS59224448A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 熱力学往復動機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224448A true JPS59224448A (ja) | 1984-12-17 |
Family
ID=14204894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58097911A Pending JPS59224448A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 熱力学往復動機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224448A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5782084A (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-21 | Hyrum T. Jarvis | Variable displacement and dwell drive for stirling engine |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP58097911A patent/JPS59224448A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5782084A (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-21 | Hyrum T. Jarvis | Variable displacement and dwell drive for stirling engine |
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