JP2590465B2 - フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン - Google Patents
フリ−ピストン式スタ−リング・エンジンInfo
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- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- F02G1/045—Controlling
-
- 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
- F02G1/0435—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 the engine being of the free piston type
-
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- 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
- F02G2243/24—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder with free displacers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
- F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
- F02G2243/40—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders with free displacers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2280/00—Output delivery
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Temperature-Responsive Valves (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はフリーピストン式スターリング・エンジンの
位置制御に関する。
位置制御に関する。
従来の技術 外燃機関であるスターリング機関は、高効率性、静粛
性、燃料の多様性などの多くの特長を備えている。スタ
ーリング機関を構成上で大別するとディスプレーサ及び
若しくは動力ピストンがクランク機構などで拘束されて
いないフリーピストン式スターリング機関とクランク機
構等にディスプレーサと動力ピストンを連結したスター
リング機関（以下、機械式スターリング機関と称す）と
がある。
性、燃料の多様性などの多くの特長を備えている。スタ
ーリング機関を構成上で大別するとディスプレーサ及び
若しくは動力ピストンがクランク機構などで拘束されて
いないフリーピストン式スターリング機関とクランク機
構等にディスプレーサと動力ピストンを連結したスター
リング機関（以下、機械式スターリング機関と称す）と
がある。
フリーピストン式スターリング機関は一般に動力ピス
トンがクランク軸やコンロッドで拘束されていないた
め、機械損失が少ないと言う利点がある。しかし、ディ
スプレーサやピストンが自由に動くため、これらがシリ
ンダー壁に衝突するのを防止するなど、位置制御は非常
に重要となる。
トンがクランク軸やコンロッドで拘束されていないた
め、機械損失が少ないと言う利点がある。しかし、ディ
スプレーサやピストンが自由に動くため、これらがシリ
ンダー壁に衝突するのを防止するなど、位置制御は非常
に重要となる。
従来、この種の位置制御の方法としてセンター穴を利
用する方法があった（特開昭58−47141号公報）。第４
図に、フリーピストン式スターリング機関にセンター穴
を用いた従来代表例を示す。一般にピストン21が往復動
する際ピストン21とシリンダ22との隙間からのガスの移
動量には方向性が有ることが多い。つまり、ピストン21
の上方から下方に移動するガス量と下方から上方に移動
するガス量との移動量差によって各空間の平均圧力に差
が生ずる。この生じた圧力差によりピストン21が圧力の
低い方に押されシリング壁22に衝突する。この例では、
これを防止するため、空間23と空間24のガスの平均圧力
に差がある場合でも、往復動するピストン21がある位置
（例えばピストン往復動のセンター位置）を通過する
際、流路25と流路26が連通し、ガスを移動させることに
より、空間23と空間24との平均圧力のバランスを保ち、
ピストン21をある位置を中心に往復動させようとするも
のである。
用する方法があった（特開昭58−47141号公報）。第４
図に、フリーピストン式スターリング機関にセンター穴
を用いた従来代表例を示す。一般にピストン21が往復動
する際ピストン21とシリンダ22との隙間からのガスの移
動量には方向性が有ることが多い。つまり、ピストン21
の上方から下方に移動するガス量と下方から上方に移動
するガス量との移動量差によって各空間の平均圧力に差
が生ずる。この生じた圧力差によりピストン21が圧力の
低い方に押されシリング壁22に衝突する。この例では、
これを防止するため、空間23と空間24のガスの平均圧力
に差がある場合でも、往復動するピストン21がある位置
（例えばピストン往復動のセンター位置）を通過する
際、流路25と流路26が連通し、ガスを移動させることに
より、空間23と空間24との平均圧力のバランスを保ち、
ピストン21をある位置を中心に往復動させようとするも
のである。
発明が解決しようとする問題点 上記従来の方式では、センター穴を通るガスにより動
力損が生ずるのでセンター穴や通路をあらゆる変化に対
応出来る程あまり大きくとれず、作動空間内の圧力波形
の変化やピストンとシリンダー壁の隙間からの洩れ量の
変動にも対応できにくいため、ピストンの往復道の中心
位置も一定ではない。又、フリーピストン式スターリン
グ機関を、ヒートポンプの駆動源として圧縮機と一体で
使用する場合などでは、負荷変動に対応してピストンの
ストロークが変わる場合がある。この場合は、圧縮機の
体積効率を上げるために圧縮機のトップクリアランスを
出来るだけ小さくしなくてはならないが上記従来の方式
では、ピストンを任意の位置に設定することは困難であ
る。
力損が生ずるのでセンター穴や通路をあらゆる変化に対
応出来る程あまり大きくとれず、作動空間内の圧力波形
の変化やピストンとシリンダー壁の隙間からの洩れ量の
変動にも対応できにくいため、ピストンの往復道の中心
位置も一定ではない。又、フリーピストン式スターリン
グ機関を、ヒートポンプの駆動源として圧縮機と一体で
使用する場合などでは、負荷変動に対応してピストンの
ストロークが変わる場合がある。この場合は、圧縮機の
体積効率を上げるために圧縮機のトップクリアランスを
出来るだけ小さくしなくてはならないが上記従来の方式
では、ピストンを任意の位置に設定することは困難であ
る。
そこで、本発明は、フリーピストンが運転周波数のみ
ならずストロークを変えることにより負荷変動に対応で
きるという特長を生かしながら、上記の問題を解決しよ
うとするものである。
ならずストロークを変えることにより負荷変動に対応で
きるという特長を生かしながら、上記の問題を解決しよ
うとするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は、シリンダー内の空間を、往復動するディス
プレーサによって高温空間と低温空間とに分割し、前記
高温空間と前記低温空間との間に、加熱器、再生器、冷
却器を配した側路を形成し、更に、前記シリンダーの低
温空間に設けられた、動力を取り出す動力ピストンと、
前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピストンで分割
されるそれぞれの空間（上方及び下方の空間）を連通す
る流路と、その流路の間に設けられた逆止弁及び流量調
節弁と、前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピスト
ンの位置を検出するセンサーと、前記センサーの出力信
号をもとに前記流量調節弁の開度をコントロールする制
御装置とを備えたフリーピストン式スターリング・エン
ジンである。
プレーサによって高温空間と低温空間とに分割し、前記
高温空間と前記低温空間との間に、加熱器、再生器、冷
却器を配した側路を形成し、更に、前記シリンダーの低
温空間に設けられた、動力を取り出す動力ピストンと、
前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピストンで分割
されるそれぞれの空間（上方及び下方の空間）を連通す
る流路と、その流路の間に設けられた逆止弁及び流量調
節弁と、前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピスト
ンの位置を検出するセンサーと、前記センサーの出力信
号をもとに前記流量調節弁の開度をコントロールする制
御装置とを備えたフリーピストン式スターリング・エン
ジンである。
作用 本発明は、ピストンやディスプレーサの位置を検出し
てその位置に応じて、負荷の変動にも対応でき最適の位
置に調節出来るため、ストロークを変えることにより、
例えばエンジンの能力制御なども容易に行なえる為フリ
ーピストン型の特長を生かすと同時にピストンがシリン
ダー壁に衝突するのを防止することが出来る。
てその位置に応じて、負荷の変動にも対応でき最適の位
置に調節出来るため、ストロークを変えることにより、
例えばエンジンの能力制御なども容易に行なえる為フリ
ーピストン型の特長を生かすと同時にピストンがシリン
ダー壁に衝突するのを防止することが出来る。
実施例 以下本発明の一実施例について、添付図面に基づいて
説明する。第１図は、エンジンにヒートポンプに用いる
圧縮機を組み込んだ例である。本図において、ディスプ
レーサ１が上下に往復動すると、スターリング機関内部
に封入されているヘリウム等の作動ガスが、加熱器２、
再生器３、冷却器４を通って高温空間５及び低温空間６
の間を往復する。例えば、ディスプレーサ１が上方に移
動すると、高温空間５内にある作動ガスは加熱器２を通
り、再生器３でガス自身の持っている熱を蓄熱し冷却器
４で冷却されて低温空間６側に移動する。この時、動力
ピストン７の上方側の空間にある作動ガスは低温空間６
側にある割合が多くなり作動ガスの圧力は下がり動力ピ
ストン７を引上げる。この時、ロッド８で連結されてい
る圧縮器ピストン９も上方に移動し、吸入弁10が開いて
冷媒ガスを吸入する。逆に、ディスプレーサ１が下方に
移動すると、低温空間６にある作動ガスは冷却器４を通
り、再生器３に蓄熱された熱を吸収して加熱器２で加熱
され高温空間５側に移動する。この時、動力ピストン７
の上方側の空間の作動ガスは高温空間５側にある割合が
多くなり、作動ガス圧力は上昇し、動力ピストン７を下
方に押し下げる。この時、圧縮ピストン９も下方に移動
し、吐出弁11が開いて冷媒ガスを吐出する。又、動力ピ
ストン７の位置をセンサー12により検出し制御回路13を
通して流量調節弁14の開度を変えると逆止弁15により、
低温空間６側の作動ガス圧力がガス・バネ空間16のガス
圧力より高くなった時、低温空間６側の作動ガスは流路
17、流量調節弁14及び逆止弁15を通りガス・バネ空間16
内に移動して動力ピストン７の位置を制御し（本実施例
の場合、上方に押し上げ）ロッド８で連結されている圧
縮機ピストン９の位置も任意の位置に設定できトップク
リアランスも小さく出来るため、圧縮機の体積効率も上
げる等の制御が容易に出来る。
説明する。第１図は、エンジンにヒートポンプに用いる
圧縮機を組み込んだ例である。本図において、ディスプ
レーサ１が上下に往復動すると、スターリング機関内部
に封入されているヘリウム等の作動ガスが、加熱器２、
再生器３、冷却器４を通って高温空間５及び低温空間６
の間を往復する。例えば、ディスプレーサ１が上方に移
動すると、高温空間５内にある作動ガスは加熱器２を通
り、再生器３でガス自身の持っている熱を蓄熱し冷却器
４で冷却されて低温空間６側に移動する。この時、動力
ピストン７の上方側の空間にある作動ガスは低温空間６
側にある割合が多くなり作動ガスの圧力は下がり動力ピ
ストン７を引上げる。この時、ロッド８で連結されてい
る圧縮器ピストン９も上方に移動し、吸入弁10が開いて
冷媒ガスを吸入する。逆に、ディスプレーサ１が下方に
移動すると、低温空間６にある作動ガスは冷却器４を通
り、再生器３に蓄熱された熱を吸収して加熱器２で加熱
され高温空間５側に移動する。この時、動力ピストン７
の上方側の空間の作動ガスは高温空間５側にある割合が
多くなり、作動ガス圧力は上昇し、動力ピストン７を下
方に押し下げる。この時、圧縮ピストン９も下方に移動
し、吐出弁11が開いて冷媒ガスを吐出する。又、動力ピ
ストン７の位置をセンサー12により検出し制御回路13を
通して流量調節弁14の開度を変えると逆止弁15により、
低温空間６側の作動ガス圧力がガス・バネ空間16のガス
圧力より高くなった時、低温空間６側の作動ガスは流路
17、流量調節弁14及び逆止弁15を通りガス・バネ空間16
内に移動して動力ピストン７の位置を制御し（本実施例
の場合、上方に押し上げ）ロッド８で連結されている圧
縮機ピストン９の位置も任意の位置に設定できトップク
リアランスも小さく出来るため、圧縮機の体積効率も上
げる等の制御が容易に出来る。
次に、本発明の他の実施例について説明する。第２図
は、他の実施例のスターリング機関の要部縦断面図であ
る。なお説明を簡単にするため第１図と共通する素子に
は第１図と同一番号を付している。
は、他の実施例のスターリング機関の要部縦断面図であ
る。なお説明を簡単にするため第１図と共通する素子に
は第１図と同一番号を付している。
この実施例では、流路の間にタンク18を備え、逆止弁
15により、低温空間６の圧力がタンク18内の圧力により
高くなった時に低温空間６の作動ガスはタンク18内に流
入し蓄圧される（第３図の斜線で記した部分でガスの流
入が起こる。）蓄圧されたガスは、センサー12、制御回
路13により制御された流量調節弁14の開度に応じてガス
・バネ空間16内に流入しピストン７や９の位置を制御す
る。
15により、低温空間６の圧力がタンク18内の圧力により
高くなった時に低温空間６の作動ガスはタンク18内に流
入し蓄圧される（第３図の斜線で記した部分でガスの流
入が起こる。）蓄圧されたガスは、センサー12、制御回
路13により制御された流量調節弁14の開度に応じてガス
・バネ空間16内に流入しピストン７や９の位置を制御す
る。
この実施例では、動力ピストン側に流路を設けた例を
示したが、ディスプレーサ側の例えば低温空間とガスバ
ネ空間の間に流路を設けても良いこと、又、逆止弁の向
きも、動作ガスの洩れ方向に応じて変えること、更にセ
ンサーの位置は制御したい位置に取り付けて良いことは
勿論である。
示したが、ディスプレーサ側の例えば低温空間とガスバ
ネ空間の間に流路を設けても良いこと、又、逆止弁の向
きも、動作ガスの洩れ方向に応じて変えること、更にセ
ンサーの位置は制御したい位置に取り付けて良いことは
勿論である。
発明の効果 以上のように本発明は、フリーピストン型スターリン
グ機関において、ディスプレーサやピストンの様な往復
動する部材によって分離される空間を逆止弁や流量調節
弁を備えた流路で連通しており、又、センサーによって
往復動する部材の位置を検知し、制御回路によって流量
調節弁の開度を変えて、両空間の平均圧力を変え、往復
動する部材の位置を任意に設定できるスターリング機関
を提供し得るものである。
グ機関において、ディスプレーサやピストンの様な往復
動する部材によって分離される空間を逆止弁や流量調節
弁を備えた流路で連通しており、又、センサーによって
往復動する部材の位置を検知し、制御回路によって流量
調節弁の開度を変えて、両空間の平均圧力を変え、往復
動する部材の位置を任意に設定できるスターリング機関
を提供し得るものである。
第１図は本発明の一実施例であるフリーピストン型スタ
ーリング・エンジンの概略縦断面図、第２図は本発明の
異なる実施例の要部縦断面図、第３図は各空間の圧力波
形図、第４図は代表的な従来例のフリーピストン式スタ
ーリング・エンジン要部縦断面図である。 １……ディスプレーサ、７……動力ピストン、12……セ
ンサー、13……制御回路、14……流量調節弁、15……逆
止弁、17……流路。
ーリング・エンジンの概略縦断面図、第２図は本発明の
異なる実施例の要部縦断面図、第３図は各空間の圧力波
形図、第４図は代表的な従来例のフリーピストン式スタ
ーリング・エンジン要部縦断面図である。 １……ディスプレーサ、７……動力ピストン、12……セ
ンサー、13……制御回路、14……流量調節弁、15……逆
止弁、17……流路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 欣一 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−152946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−152948（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】シリンダー内の空間を、往復動するディス
プレーサによって高温空間と低温空間とに分割し、前記
高温空間と前記低温空間との間に、加熱器、再生器、冷
却器を配した側路を形成し、更に、前記シリンダーの低
温空間に設けられた、動力を取り出す動力ピストンと、
前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピストンで分割
されるそれぞれの空間（上方及び下方の空間）を連通す
る流路と、その流路の間に設けられた逆止弁及び流量調
節弁と、前記ディスプレーサ及び／もしくは動力ピスト
ンの位置を検出するセンサーと、前記センサーの出力信
号をもとに前記流量調節弁の開度をコントロールする制
御装置とを備えたフリーピストン式スターリング・エン
ジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291011A JP2590465B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291011A JP2590465B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63143371A JPS63143371A (ja) | 1988-06-15 |
| JP2590465B2 true JP2590465B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=17763302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291011A Expired - Lifetime JP2590465B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | フリ−ピストン式スタ−リング・エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590465B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100549489B1 (ko) * | 2000-12-27 | 2006-02-08 | 샤프 가부시키가이샤 | 스터링 냉동기 및 그 운전 제어 방법 |
| US8312717B2 (en) * | 2005-08-05 | 2012-11-20 | Renewable Thermodynamics, Llc | Externally heated engine |
| CN105370434B (zh) * | 2015-10-14 | 2017-03-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种自由活塞斯特林机装置 |
| CN114754176A (zh) * | 2021-01-08 | 2022-07-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直线电机结构 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61152948A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スタ−リング機関 |
| JPS61152946A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スタ−リング機関 |
-
1986
- 1986-12-05 JP JP61291011A patent/JP2590465B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63143371A (ja) | 1988-06-15 |
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