JPS6388251A - スタ−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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スターリングエンジンに係わり、特にピスト
ン背面空間に通じるバッフ１−タンクを設けたスターリ
ングエンジンに関する。

（従来の技術） 近年、省エネルギー化の一環として、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
ングエンジンには秤々の形態のものがあるが、例えば俗
にＬ型と呼称されている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加するように構成され
ている。この機関は、静粛で、理論的熱効率が＾く、あ
るゆる熱源を使用できると云う特徴を有している。

ところで、この種のスターリングエンジンでは、ピスト
ンが往復運動する際にピストン背面空間における作動ガ
スが抵抗となり、エンジンの出力。

効率が低下する虞れがある。そこで、ピストン背面空間
におけるポンピング損失を低減させるために、ピストン
背面空間部のシリンダに配管孔を股け、これと十分な容
量を持つバッファータンクを結ぶ構成が取られている。

この構成では、ピストン背面空間にある作動ガス或いは
空気が圧縮力を受ける時には、これをピストン背面空間
部のシリンダに設けた配管孔よりバイブを通してバッフ
１−タンクに逃がす。逆に、作動ガス或いは空気が肛眼
力を受ける時には、バッファータンクより作麩ガス或い
は空気をピストン背面空間へ移動させる。これにより、
ピストン背面空間の作動ガス或いは空気の圧縮変動揺を
減らし、上記問題を解決している。

しかしながら、上記のようにバッファータンクを設けた
構造にあっては次のような問題があった。

即ち、ピストン背面空間の作動ガス或いは空気の圧力変
動幅を減らすためには、十分に太い径を持つバイブ、十
分な大きな容量を持つバッファータンクを必要とする。

このため、設置スペースが大きくなり、組立てや整備の
際に種々の不都合が生じる等の問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のスターリングエンジンにおいては、ピ
ストン背面空間とバッファータンクとを接続するバイブ
の径を大きくする必要があり、またバッファータンク自
体の各組を大きくする必要があり、設置スペースの増大
を招くと共に、組立てや整備等に多大な負担が掛かる等
の問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、バッファータンクの容量を及びこれと
ピストン背面空間とを接続するためのバイブの径を小さ
くすることができ、設置スペースの低減をはかり得るス
ターリングエンジンを提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、ピストン背面空間における作動ガス或
いは空気の圧力変動幅を一旦減じたのちに、バッファー
タンクに逃がすことにある。

即ち本発明は、内部に作動流体が封入され、且つピスト
ンによって閉じられてなる作動空間を有したスターリン
グエンジン本体と、このスターリングエンジン本体の外
部に設けられ該スターリングエンジン本体の前記ピスト
ンの背面空間に通じるバッファータンクとを備えたスタ
ーリングエンジンにおいて、前記ピストンに連結される
クランクを収容したクランク空部に、前記ピストン背面
空間とバッファータンクとを結ぶ集合空間を設けるよう
にしたものである。

（作用） 上記構成であれば、ピストン背面空間にある作動ガス或
いは空気が圧縮を受ける時は、集合空間を介してその圧
力変動幅を一旦減じたのち、作動ガス或いは空気をバッ
ファータンクに逃がすことになる。同様に、ピストン背
面空間にある作動ガス或いは空気が膨張を受ける時は、
集合空間を介してその圧力変動幅を一旦減じたのち、作
動ガス或いは空気をバッファータンクから供給すること
になる。従って、ピストンの往復運動時の作動ガス或い
は空気の圧力変動を効果的に減じることができ、バッフ
ァータンクの容量を従来よりも小さくすることができる
。さらに、ピストン空間／バッファータンクよりも集合
空間／バッファータンクの方が圧力差が小さくなるので
、これらを接続するバイブの径を従来より小さくするこ
とができる。従って、全体としての設置スペースを小さ
くすることが可能となる。

（実施例〉 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるスターリングエンジ
ンのａ［構成を示す断面図である。図中１はスターリン
グエンジン本体を示している。この本体１は、大きく別
けて、作動流体の膨張用に供されるパワーシリンダ２（
以後、膨張シリンダと称する）と、この膨張シリンダ２
内に摺動自在に装着されたパワーピストン３（以後、膨
張ピストンと称する）と、作動流体の圧縮に供されるパ
ワーシリンダ４（以後、圧縮シリンダと称する）と、こ
の圧縮シリンダ４内に１習動自在に装着されたパワーピ
ストン５（以後、圧縮ピストンと称する〉と、ｌｉｉ脹
シリンダ２と圧縮シリンダ４との間に設けられたヒータ
６、再生熱交換器７及びクーラ８と、膨張ピストン３及
び圧縮ピストン５にそれぞれクランク（コネクティング
ロッド）９゜１０、クランク軸１１．１２を介して連結
された出力軸１３とで構成されている。

前記ヒータ６は、膨張シリンダ２のヘッド１４を取囲む
ように一部に断熱材１５を配置して形成された燃焼室１
６と、この燃焼室１６内に配置された複数の熱交換器１
７と、燃焼室１６に臨むように配置された燃料供給用の
ノズル１８と、燃焼室１６を取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１９と
で構成されている。

前記各熱交換器１７は、各流体通路の一旦側を膨張シリ
ンダ２内の頂部に通じさせ、他端側をヘッド１４内に形
成されたマニホールド２０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。マニホールド２０は接続
管２１を介して再生熱交換器７に接続され、この再生熱
交換器７は熱交換器によって構成されたクーラ８を介し
て圧縮シリンダ４内の頂部に接続されている。そして、
膨張シリンダ２と膨張ピストン３とで囲まれた空間、各
熱交換器１７．マニホールド２０．接続管２１、再生熱
交換器７．クーラ８．圧縮シリンダ４と圧縮ピストン５
とで囲まれた空間からなる閉じられた空間、つまり作動
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１８は図示しない燃料調節弁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１９の
空気導入口２２は図示しない送風量の吐出側に接続され
ている。

また、前記クランク９．１０等を収容したクランク室部
２５の一部には、本発明に係わる集合空間３０が形成さ
れている。前記膨張ピストン３のクロスヘッド部３１に
は、その外周部にピストン背面空間３２と集合空間３０
とを連通させる連通孔３３が形成されている。この連通
孔３３は、クロスヘッド部３１の外周部をその上下全長
に亙って切削することにより形成されたものである。ま
た、集合空間３０は、クランク空部２５のシリンダ下部
を切削或いは鋳造等の製造方式により形成された部分と
、クロスヘッド部３１により形成されたものである。そ
して、この集合空間３０は、パイプ３４を介してバッフ
ァータンク５０に接続されている。

一方、圧縮シリンダ４の圧縮ピストン５に対しても同様
に、上記集合空間３０に相当する集合空間４０が設けら
れている４、この集合空間４０は、圧縮ピストン５のク
ロスヘッド部４１を切削して形成された連通穴４３によ
ってピストン背面空間４２に連通されており、またバイ
ブ４４を介してバッファータンク５０に接続されている
。そして、集合空間３０．４０は、クランク室部２５内
の接続空間５１を介して接続される。この接続空間５１
は、クランク室部２５を切削或いは鋳造等の製造方式に
より形成されたものである。なお、バッファータンク５
０とクランク空部２５との圧力の平衡を保つ必要がある
場合、接続バイブ５２を用いればよい。

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、ノズル１８から燃料を送出し、
これに着火させる。また、外部動力源によって出力軸１
３を一時的に回転させる。

出力軸１３が外部動力源によって回転しているので、こ
の出力軸１３にクランク軸１１．１２．クランク９．１
０を介して連結されている１ｍ１ｌｆｆｉピストン３及
び圧縮ピストン５は、ある位相差を持って往復動する。

この往復動によって膨張ビス！・ン３が圧縮行程に移る
と、膨張シリンダ２内のＨｅが各熱交換器７．クーラ８
を介して圧縮シリンダ４内に流れ込み、膨張ピストン３
が上死点に達した時点でＨｅの殆どが圧縮シリンダ４内
に流れ込む。このとき、ｈｌｅは再生熱交換器７を通過
する間に、その保有している熱が再生熱交換器７に蓄熱
され、またクーラ８を通過する間にさらに冷却される。

出力軸１３の回転に伴って圧縮ピストン５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４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２内に流れ込む。

このとき、Ｈｅは再生熱交換器７を通過する間に吸熱し
て高温に加熱され、次に各熱交換器１７を通過する時さ
らに加熱される。杉脹シリンダ２内に流れ込んだ高温の
Ｈｅは、膨張して膨張ピストン３を押し下げる。以後、
上述の動作が繰返され、外部動力源を断った状態でも出
力軸１３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。

ところで、［ｉピストン３の往復運動によりピストン背
面空間３２には作動流体の圧力変動が生じる。例えば、
ピストン３の下降時はピストン背面空間３２にある作動
流体は圧縮される。このとき、ピストン背面空間３２は
連結孔３３を介して集合空間３０に接続されているので
、上記圧縮による圧力変動幅はこの集合空間３０により
一旦低減される。その後、圧縮された作動流体をバイブ
３４を通してバッファータンク５０に逃がすことになる
。さらに、膨張ピストン３の上昇時には、ピストン背面
空間３２の作動流体は膨張される。

このＩｌｌ！による圧力変動幅も、上記と同様に集合空
間３０の作用により一旦低減される。そして、バッファ
ータンク５０からバイブ３４を通して作動流体が供給さ
れることになる。

つまり、膨張ピストン３の往復運動に起因するピストン
背面空間３２の作動流体の圧力変動幅を、集合空間３０
により一旦減じた後バッファータンク５０に逃がすこと
により、ピストン背面空間３２の圧力変動が補償される
ことになる。また、圧縮ピストン５の往復動によるピス
トン背面空間４２の圧力変動も上記と同様に、集合空間
４０及びバッファータンク５０により補償されることに
なる。

かくして本実施例によれば、クランク室部２５にピスト
ン背面空間３２．４２と連通した集合空間３０．４０を
設け、この集合空間３０．４０をバッファータンク５０
にバイブ３４．４４で接続しているので、ピストン背面
空間３２．４２の圧力変動を直接バッファータンク５０
で補償するものとは異なり、バッファータンク５０に要
求される圧力補償能力が少なくて済む。つまり、バッフ
ァータンク５０の容量を小さくすることができる。

また、集合空間３０．４０とバッファータンク５０との
圧力差は、ピストン背面空間３２．４２とバッファータ
ンク５０とを直接接続したものよりも小さくなるので、
バイブ３４，４４の径を小さくすることができる。この
ため、装置全体の設置スペースを小さくすることが可能
となり、組立てや整備等の容易化をはかることができる
。また、特別な部品を新たに用いる必要もなく、ピスト
ン３．５のクロスヘッド部３１．４１の加工及びクラン
ク空部２５の加工等により、簡易に実現し得る等の利点
もある。

第２図は本発明の他の実施例の概略構成を示す断面図で
ある。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、鋳造等
の製造方式を用いて、集合空間３０．４０を接続する接
続集合空間５１を第１図の場合よりも大きくしたことで
ある。この集合空間５１はバイブ５３を介してバッファ
ータンク５０に接続されている。なお、この場合には、
バッファータンク５０と集合空間３０．４０とを接続す
るバイブは１本だけでもよい。このような構成であって
も、先の実施例と同様の効果が得られるのは勿論のこと
である。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。実施例は２ピストン方式に適用した
例であるが、本発明はディスプレーサ方式にも適用でき
る。ざらに、集合空間の配置位置や大きさ等の条件は、
仕様に応じて適宜変更可能である。

［発明の効果］ 以上詳述しように本発明によれば、ピストン背面空間と
バッファータンクとの間に集合空間を設け、ピストン背
面空間における作動流体の圧力変動を集合空間により一
旦減じた後にバッファータンクに逃がすようにしている
ので、ピストン背面空間の流体抵抗を減らすために太い
径のバイブと十分大きな容量を持つバッファータンクを
使用する必要がなくなり、従来と比較して径の小さいパ
イプと小さい容量を持つバッファータンクを使用するこ
とができる。従って、投首スペースの小形化がはかれ、
小形にして性能の良いスターリングエンジンを実現する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるスターリングエンジ
ンの概略構成を示す断面図、第２図は他の実施例の概略
構成を示す断面図である。 １・・・スターリングエンジン本体、２・・・膨張シリ
ンダ、３・・・膨張ピストン、・・・圧縮シリンダ、５
・・・圧縮ピストン、６・・・ヒータ、７・・・再生熱
交換器、８・・・クーラ、１６・・・燃焼室、１７・・
・熱交換器、１８・・・ノズル、１９・・・空気予熱器
、３０．４０・・・集合空間、３１．４１・・・クロス
ヘッド部、３２゜４２・・・ピストン背面空間、３３．
４３・・・連通孔、３４．４４．５３・・・バイブ、５
０・・・バッファータンク、５１・・・接続空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部に作動流体が封入され、且つピストンによつて閉
   じられてなる作動空間を有したスターリングエンジン本
   体と、このスターリングエンジン本体の外部に設けられ
   該スターリングエンジン本体の前記ピストンの背面空間
   に通じるバッフアータンクと、前記ピストンに連結され
   るクランクを収容したクランク室部に設けられ前記ピス
   トン背面空間とバツフアータンクとを結ぶ集合空間とを
   具備してなることを特徴とするスターリングエンジン。