JPS6220658A - スタ−リングエンジンのヒ−タ制御装置 - Google Patents

スタ−リングエンジンのヒ−タ制御装置

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JPS6220658A
JPS6220658A JP15934785A JP15934785A JPS6220658A JP S6220658 A JPS6220658 A JP S6220658A JP 15934785 A JP15934785 A JP 15934785A JP 15934785 A JP15934785 A JP 15934785A JP S6220658 A JPS6220658 A JP S6220658A
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JP
Japan
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pressure
temperature
air
fuel
stirling engine
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JP15934785A
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Tsutomu Sakuma
勉 佐久間
Takashi Komagine
駒木根 隆
Minoru Komori
実 小森
Ichiro Hongo
一郎 本郷
Shigemi Nagatomo
長友 繁美
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/34Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • F02G2244/02Single-acting two piston engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、スターリングエンジンのヒータ制御装置に係
り、特に、エンジンを常に安全に運転できるようにした
ヒータ制御装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
最近、省エネルギ化の一環として、スターリングエンジ
ンが見直され、熱心な研究が行われている。スターリン
グエンジンに、は種々の形態のものがあるが、たとえば
、2ピストン方式のものを例にとると、それぞれパワー
ピストンを内蔵した2つのパワーシリンダ間に再生熱交
換器を閉流路構成に接続し、再生熱交換器の一端と一方
のパワーシリンダとの間の流路をヒータで加熱し、再生
熱交換器の他端と他方のパワーシリンダとの間の流路を
クーラで冷却するように構成されている。この機関は、
理論的熱効率が高く、あらゆる熱源を使用できると言う
特徴を有している。
ところで、スターリングエンジンのヒータは。
通常、ガス燃料あるいは液体燃料を燃焼させる燃焼室と
、燃焼によって得られた高温燃焼ガスでスターリングエ
ンジンを動作させるのに必要な作動流体を加熱する熱交
換器と、燃焼排ガスで燃焼用空気を予熱する空気予熱器
とで構成されている。
スターリングエンジンの場合、その出力は作動流体の平
均圧力および高・低温度の比に比例する。
したがって1作動流体の平均圧力を充分高くするととも
に高部側の温度を高めることが得策となる。
しかし1作動流体を封入している熱交換器の伝熱管には
機械的強度限界が存在しているので、この伝熱管の温度
を作動流体圧力に対する限界温度未満に抑える必要があ
る。しかも1作動流体圧力あるいは出力軸の回転数の変
化によって熱負荷が大きく異なるため、熱負荷の変動を
も考慮して伝熱管を加熱する必要がある。このようなこ
とがら。
スターリングエンジンの運転条件に見合った燃焼量で伝
熱管を加熱できるヒータ制御装置の出現が望まれている
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、スターリングエンジンの安全運
転および効率の良い運転に寄与できるスターリングエン
ジンのヒータ制御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明によれば、燃焼!と、この燃焼室内に燃料と燃焼
用空気とを供給する手段と、前記燃焼室内の燃焼ガスで
作動流体を加熱する熱交換器とを備えたスターリングエ
ンジンのヒータを制御するものであって、前記熱交換器
の壁温もしくは上記熱交換器内を流動する前記作動流体
の温度を検出する種度検出器と、前記作動流体の圧力を
検出する圧力検出器と、少なくとも前記圧力検出器の出
力と前記温度検出器の出力とを導入し、予め求められて
いる圧力一温度限界特性値を基準にして上記圧力一温度
限界特性値に沿い、かつ検出された前記圧力に対する現
実の温度が上記圧力一温度限界特性値を越えない範囲に
前記燃料の供給量および前記空気の供給量を制御する制
御器とを備えたスターリングエンジンのヒータ制御装置
が提供される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、制御器の作用によって、スターリング
エンジンがどのような運転状態のときでも安全限界を越
えない温度に、しかも効率の最も良い条件にヒータを制
御することができる。
〔発明の実施例〕
以下1本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は1本発明の一実施例に係るヒータ制御装置を組
込んでなる2ピストン方式のスターリングエンジンの系
統図を示している。
すなわち1図中1はスターリングエンジンの本体部を示
し、2は制御部を示している。本体部1は、大きく別け
て1作動流体の膨張用に供されるシリンダ3(以後、膨
張シリンダと称す。)と。
この膨張シリンダ3内に摺動自在に装着されたピストン
4(以後、膨張ピストンと称す。)と2作動流体の圧縮
用に供されるシリンダ5(以後、圧縮シリンダと称す。
)と、この圧縮シリンダ5内に摺動自在に装着されたピ
ストン6(以後、圧縮ピストンと称す。)と、膨張シリ
ンダ3と圧縮シリンダ5との間に設けられたヒータ7、
再生熱交換器8およびクーラ9と、膨張ピストン4およ
び圧縮ピストン6にそれぞれコンロッド10.11゜ク
ランク軸12.13を介して連結された出力軸14とで
構成されている。
前記ヒータ7は、膨張シリンダ3のヘッド15を取り囲
むように一部に断熱材16を配置して形成された燃焼v
17と、この燃焼室17内に配置された複数の熱交換器
18と、燃焼室17に臨むように配置された燃料供給用
のノズル19と、燃焼室17を取り囲むように配置され
燃焼に必要な空気を燃焼排ガスで予熱する空気予熱器2
0とで構成されている。
前記各熱交換器18は、それぞれ外形が棒状に形成され
おり、各流体通路の一端側を膨張シリンダ3内の頂部に
通じさせ、他端側をヘッド15内に形成されたマニホル
ド21に通じさせて、全体で漏斗を形成する如く配置さ
れている。マニ°ホルト21は接続管22を介して再生
熱交換器8に接続され、この再生熱交換器8は熱交換器
によって構成されたクーラ9を介して圧縮シリンダ6内
の頂部に接続されている。そして、膨張シリンダ3と膨
張ピストン4とで囲まれた空間、各熱交換器18、マニ
ホルド21.接続管22.再生熱交換器8.クーラ9.
圧縮シリンダ5と圧縮ピストン6とで囲まれた空間から
なる閉じられた空間には作動流体としてのHeが封入さ
れている。前記ノズル19は、配管23.燃料調節弁2
4を介して図示しない燃料供給源に接続されており、ま
た。
空気予熱器20の空気導入口25は、配管26゜空気調
節弁27を介して送風機2日の吐出口に接続されている
一方、前記制御部2は次のように構成されている。すな
わち、空気予熱器20の排ガス出口30に酸素濃度検出
器31を設け、また、膨張シリンダ3の頂部圧力を検出
す□る圧力検出器32を設け。
さらに熱交換器18の伝熱管温度を検出する熱雷対で代
表される温度検出器33を設けている。そして、上記酸
素濃度検出器31の出力、圧力検出器32の出力および
温度検出器33の出力を制御器34に導入している。
制御器34は、マイクロプロセッサを主体にして構成さ
れており、内部にメモリーを備え、このメモリーに予め
第2図に示すような熱交換器18の伝熱管機械特性、つ
まり圧力一温度限界特性値Aを記憶している。そして、
上記圧力一温度限界特性値Aを基準にし、圧力検出器3
2で検出された圧力に対する温度検出器33で検出され
た現実の温度が常に、圧力一温度限界特性値Aを越えな
いように燃料調節弁24.空気調節弁27の開度を制御
している。なお、上記の開度制御に際して。
酸素濃度検出器31の出力に基づいて空燃比一定となる
ように制御している。
なお、第1図中41は潤滑油が所定レベルまで収容され
たクランク室を示し、42.43はリニアベアリングを
示し、44はクーラ9の冷媒を案内する配管を示してい
る。
次に、上記のように構成されたスターリングエンジンの
動作を説明する。まず、配管44に冷媒を通流させてい
る状態で、送風機28を作動させ。
さらにノズル19から燃料を送り出し、これに着火させ
る。また、外部動力源によって出力軸14を一時的に回
転させる。この時点においては作動流体の圧力が低いの
で、制御器34は燃料調節弁24および空気調節弁27
を全開に近い状態に開制御する。したがって、燃焼室1
7内が急速に温度上昇し、熱交換器18内の作動流体も
急速に温度上昇する。
一方、出力軸14は外部動力源によって回転しているの
で、この出力軸14にクランク軸12゜13、フンロッ
ド10.11を介して連結されている膨張ピストン4お
よび圧縮ピストン6は、ある位相差を以て往復動する。
この往復動によって膨張ピストン4が下死点から上昇す
ると、膨張シリンダ3内のHeが各熱交換器18.マニ
ホルド21、接続管22.再生熱交換器8.クーラ9を
介して圧縮シリンダ5内に流れ込み、膨張ピストン4が
上死点に達した時点でHeのほとんどが圧縮シリンダ5
内に流れ込む。このとき、Heu再生熱交換器8を通過
する間に、その保有している熱が再生熱交換器8に奪わ
れ、またクーラ9を通過するときさらに冷却される。出
力軸14の回転に伴って圧縮ピストン6が下死点から上
死点に向けて移動を開始すると、圧縮シリンダ5内の低
温のHeが圧縮され、いままでとは逆の経路で膨張シリ
ンダ3内へ流れ込む。このとき、Heは再生熱交換器8
を通過する間に吸熱して高温に加熱され2次に各熱交換
器18を通過するときさらに加熱される。膨張シリンダ
3内に流れ込んだ高温のHeは、膨張して膨張ピストン
4を押し下げる。
以後、上述した動作が繰り返され、外部動力源を断った
状態でも出力軸14が回転を継続し、スターリングエン
ジンとしての機能を発揮する。
上記のような運転状態に移行すると1作動流体の圧力は
運転開始時より上昇する。そして、この圧力は出力軸に
接続された負荷状態によっても変化する。前述のように
、制御器34内のメモリーには第2図に示す圧力−温度
限界特性値へが記憶されている。制御器34は、この圧
力−温度限界特性値Aを基準にし、圧力検出器32によ
って検出された圧力が低いときには燃料調節弁24およ
び空気調節弁27の開度を制御して上記圧力一温度限界
特性値Aを越えない範囲まで燃、料供給量お′   よ
び空気供給量を増加させる。また、検出された圧力が高
いときには、圧力−温度限界特性値Aを越えない範囲ま
で燃料供給量および空気供給量を減少させる。すなわち
、各熱交換器18の伝熱管は、常に第2図に示す圧力−
温度限界特性値Aに沿い、かつ上記圧力−温度限界特性
値Aを越えない温度値Bに加熱されることになる。なお
、上記制御は空燃比一定の条件で行われる。
このように、熱交換器18の伝熱管の特性によって決ま
る圧力一温度限界特性値Aに沿い、かつ上記特性値Aを
越えないようにヒータ7の燃焼状態を制御するようにし
ている。したがって、確実に安全が確保できるとともに
常に効率の良い状態で運転させることができ、結局、前
述した効果を発揮させることができる。
なお2本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では、空気調節弁27の
開度調整で空気供給量を制御しているが、送風機28の
回転数を変えることによって空気供給量を制御するよう
にしてもよい。また。
運転開始時に、一時的に燃料および空気の供給量を大幅
に増加させて立ち上がりを速くさせる機能を制御器に持
たせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るヒータ制御装置を組込
んでなるスターリングエンジンの系統図。 第2図はヒータ制御装置の制御器に記憶されている圧力
−濃度限界特性値を説明するための図である。 1・・・本体部、2・・・制御部、3・・・膨張シリン
ダ、4・・・膨張ピストン、5・・・圧縮シリンダ、6
・・・圧縮ピストン、7・・・ヒータ、8・・・再生熱
交換器、9・・・タープ、17・・・燃焼室、18・・
・熱交換器、19・・・ノズル、20・・・空気予熱器
、24・・・燃料調節弁。 27・・・空気調節弁、28・・・送風機、31・・・
酸素濃度検出器、32・・・圧力検出器、33・・・温
度検出器。 34・・・制御器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃焼室と、この燃焼室内に燃料と燃焼用空気とを
    供給する手段と、前記燃焼室内の燃焼ガスで作動流体を
    加熱する熱交換器とを備えたスターリングエンジンのヒ
    ータを制御するものであって、前記熱交換器の壁温もし
    くは上記熱交換器内を流動する前記作動流体の温度を検
    出する温度検出器と、前記作動流体の圧力を検出する圧
    力検出器と、少なくとも前記圧力検出器の出力と前記温
    度検出器の出力とを導入し、予め求められている圧力−
    温度限界特性値を基準にして上記圧力−温度限界特性値
    に沿い、かつ検出された前記圧力に対する現実の前記温
    度が上記圧力−温度限界特性値を越えない範囲に前記燃
    料の供給量および前記空気の供給量を制御する制御器と
    を具備してなることを特徴とするスターリングエンジン
    のヒータ制御装置。
  2. (2)前記制御器は、着火時に一時的に大きな熱入力を
    与えるように前記燃料の供給量および前記空気の供給量
    を制御する機能を有したものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のスターリングエンジンのヒー
    タ制御装置。
  3. (3)前記制御器は、燃焼排ガス中の酸素濃度に基づい
    て空燃比一定に制御するものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のスターリングエンジンのヒー
    タ制御装置。
JP15934785A 1985-07-19 1985-07-19 スタ−リングエンジンのヒ−タ制御装置 Pending JPS6220658A (ja)

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JPS6220658A true JPS6220658A (ja) 1987-01-29

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04334748A (ja) * 1991-05-02 1992-11-20 Mitsubishi Electric Corp スターリングエンジン

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5720538A (en) * 1980-07-11 1982-02-03 Yokogawa Hokushin Electric Corp Method of controlling temperature of external combustion engine
JPS60122255A (ja) * 1983-12-07 1985-06-29 Aisin Seiki Co Ltd スタ−リング機関の温度制御方法

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