JPH11107856A - Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler - Google Patents
Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling coolerInfo
- Publication number
- JPH11107856A JPH11107856A JP28614197A JP28614197A JPH11107856A JP H11107856 A JPH11107856 A JP H11107856A JP 28614197 A JP28614197 A JP 28614197A JP 28614197 A JP28614197 A JP 28614197A JP H11107856 A JPH11107856 A JP H11107856A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam
- stirling engine
- piston
- temperature
- gas
- 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
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 51
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 208000025174 PANDAS Diseases 0.000 claims 1
- 208000021155 Paediatric autoimmune neuropsychiatric disorders associated with streptococcal infection Diseases 0.000 claims 1
- 240000004718 Panda Species 0.000 claims 1
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 16
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- -1 refuse Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 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
-
- 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
- F02G2244/00—Machines having two pistons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術の分野】本発明は、多種熱源や自然
エネルギ源の利用が可能なスターリングエンジン、特
に、これらの多種熱源や自然エネルギ源により発生する
蒸気や圧縮空気の利用およびスターリングエンジンの領
域拡大を図り得る単段もしくは多段膨張スターリングエ
ンジンエキスパンダ、および該スターリングエンジン利
用のノンフロンクーラに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling engine capable of utilizing various heat sources and natural energy sources, and more particularly, to the use of steam and compressed air generated by these various heat sources and natural energy sources, and to the field of Stirling engines. The present invention relates to a single-stage or multi-stage Stirling engine expander that can be expanded, and a non-Fron cooler using the Stirling engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】複数の連動する膨張室の1つにおいて外
部より加熱および冷却される作動ガスの膨張と収縮によ
り作動され、連続的に機械的動力を取り出す機関として
スターリングエンジンが既に知られている。スターリン
グエンジンとしては例えばV字型2シリンダのアルファ
型、ベータ型、ガンマ型等があり、いずれもパワーピス
トン作動空間を低温部あるいは高温部とし、また作動ガ
スヒータおよび熱再生器を有するが、その内圧は数10
気圧以上と高圧である。2. Description of the Related Art A Stirling engine is already known as an engine which is operated by expansion and contraction of a working gas which is externally heated and cooled in one of a plurality of interlocking expansion chambers to continuously extract mechanical power. . Examples of the Stirling engine include a V-shaped two-cylinder alpha-type, beta-type, and gamma-type, all of which have a low or high temperature power piston working space and a working gas heater and a heat regenerator. Is the number 10
Higher than atmospheric pressure.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来のスターリングエ
ンジンあるいはスターリングエンジン利用のスターリン
グクーラは高出力用として高圧のヘリウムや水素を作動
流体に使用するので、エンジン全体が重くかつ複雑であ
って高価であり、また比出力が小さいという欠点があっ
た。またヘリウム自体も高価であり入手し難い点やまた
水素は危険物である点も問題であった。よってその用途
も宇宙用やソーラー利用等の特殊な用途に限らざるを得
なかった。Since a conventional Stirling engine or a Stirling cooler using a Stirling engine uses high-pressure helium or hydrogen as a working fluid for high output, the entire engine is heavy, complicated and expensive. And the specific output is small. Also, helium itself is expensive and difficult to obtain, and hydrogen is a dangerous substance. Therefore, the use has to be limited to special uses such as space use and solar use.
【0004】また従来の単段膨張のスターリングエンジ
ンエキスパンダは、そのピストンの膨張空間が在来のス
ターリングエンジンのピストン作動空間範囲に限られて
いたので、圧力比の高い蒸気等を注入し、かつ蒸気放出
量を絞る際は蒸気の不完全膨張のおそれがあり、従って
その熱効率も不充分であった。また多気筒として構成す
るには不向きであった。In the conventional single-stage expansion Stirling engine expander, the expansion space of the piston is limited to the range of the piston working space of the conventional Stirling engine, so that steam or the like having a high pressure ratio is injected, and When the amount of released steam is reduced, there is a risk of incomplete expansion of the steam, and therefore the thermal efficiency is insufficient. Also, it was not suitable for configuring as a multi-cylinder.
【0005】本発明は上述した従来の問題に鑑み、高価
で入手し難い従来のヘリウムや危険な水素を使用する必
要がなく、入手の容易な高圧の飽和もしくは湿り蒸気お
よび圧縮空気等の気体を作動ガスとして注入、膨張放出
することで比出力の増大、軽量および非耐圧化を図った
スターリングエンジン、スターリングクーラおよびスタ
ーリングエンジンエキスパンダーを提供することにあ
る。In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention does not require the use of expensive and difficult to obtain conventional helium or dangerous hydrogen, and can easily obtain high-pressure saturated or wet steam and gas such as compressed air. It is an object of the present invention to provide a Stirling engine, a Stirling cooler, and a Stirling engine expander in which specific power is increased, lightened, and pressure-resistant is reduced by injecting and expanding and discharging a working gas.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、任意の
作動ガスヒータと熱再生器を有するパワーピストン空間
を低温部または高温部とするスターリングエンジンにお
いて、その低温側ピストンの作動空間内に外部から飽和
蒸気および/または空気等の任意のガスや蒸気を噴射孔
を経てその全作動空間の最小となる付近において注入
し、前記全作動空間が最大となる付近とそれ以後の工程
で低温側ピストン作動空間から外部へ内部作動ガスや蒸
気を放出するようにしたスターリングエンジンが提供さ
れる。According to the present invention, in a Stirling engine in which a power piston space having an arbitrary working gas heater and a heat regenerator has a low-temperature portion or a high-temperature portion, an external space is provided inside the working space of the low-temperature side piston. Inject any gas or steam such as saturated steam and / or air through the injection hole in the vicinity of the minimum of the entire working space through the injection hole, and in the vicinity of the maximum of the working space and in the subsequent steps, A Stirling engine is provided which discharges internal working gas or steam from a working space to the outside.
【0007】また本発明によれば、スターリングエンジ
ンを蒸気、空気等の気体エキスパンダとして利用するス
ターリングエンジンエキスパンダにおいて、高低温ピス
トンの両方もしくは少なくとも一方を復動ピストンと
し、それぞれの前記復動ピストンの種作動面の裏側の作
動空間を気体の最終段膨張空間としたスターリングエン
ジンエキスパンダが提供される。Further, according to the present invention, in a Stirling engine expander utilizing a Stirling engine as a gas expander such as steam or air, both or at least one of the high and low temperature pistons is used as a return piston, and each of the return pistons is used. A Stirling engine expander is provided in which the working space behind the seed working surface is the last stage expansion space of gas.
【0008】さらに本発明によれば、スターリングエン
ジンを蒸気、空気等の気体エキスパンダとして利用する
スターリングエンジンエキスパンダにおいて、複数個の
シリンダとピストンの運動方向のすべてを平行として中
心線のまわりにリング状に配置して中央線上にロータリ
弁を置き、中心線上にZ形の回転軸を有する傾斜板ある
いは斜め腕体等で各ピストンを往復運動させるようにし
たバレル状配置の多気筒の単段もしくは多段膨張スター
リングエンジンエキスパンダが提供される。Further, according to the present invention, in a Stirling engine expander utilizing a Stirling engine as a gas expander for steam, air, etc., all of the directions of movement of a plurality of cylinders and pistons are parallel to each other around a center line. A single-stage or multi-cylinder barrel-like arrangement in which each piston is reciprocated by an inclined plate or a slanted arm having a Z-shaped rotation axis on the center line A multi-stage expansion Stirling engine expander is provided.
【0009】[0009]
【作用】本発明においては、任意形式のスターリングエ
ンジンに対し高価なヘリウムの代わりに入手が容易な高
圧の飽和もしくは湿り蒸気および圧縮空気等の気体をピ
ストン作動空間に注入し、また外部へ放出することによ
り、このスターリングエンジンをまず単段膨張のエキス
パンダとして構成したものである。この際、その平均有
効圧力は注入蒸気もしくは空気の注入圧力の60%に近
い程度になり、もって該注入圧力を平均封入圧力として
作動する在来のスターリングエンジンの作動の平均有効
圧力がその20%以下であったのに対し3倍程度とな
り、それだけ比出力が増大する。また従来の高圧ヘリウ
ムや水素使用のスターリングエンジンのクランクケース
は極めて高圧の耐圧形とする必要があったが、本発明の
場合はクランクケースは低圧対応のものでよいので、そ
れだけ軽量、安価となる。さらに本発明ではヒータを加
熱せずクーラとすることで、そのまま軽量クーラとして
構成できる。In the present invention, gas such as high-pressure saturated or wet steam and compressed air, which are easily available, is injected into the piston working space instead of expensive helium for any type of Stirling engine and discharged to the outside. Thus, the Stirling engine is first configured as a single-stage expansion expander. At this time, the average effective pressure is close to 60% of the injection pressure of the injected steam or air, and the average effective pressure of the operation of a conventional Stirling engine that operates using the injection pressure as the average filling pressure is 20% of that. However, the specific power is increased by about three times that of the following. Also, the conventional high-pressure helium or hydrogen-based Stirling engine crankcase had to be of an extremely high pressure-resistant type, but in the case of the present invention, the crankcase may be of a low-pressure type, so that it is lighter and less expensive. . Further, in the present invention, by using a cooler without heating the heater, the heater can be configured as a lightweight cooler as it is.
【0010】スターリングエンジンを蒸気、空気等の気
体エキスパンダとして利用する場合の本発明による多段
膨張スターリングエンジンエキスパンダにおいては、従
来の単段スターリングエンジンエキスパンダに残されて
いるピストン裏面空間を利用して、仮に蒸気放出圧力を
高めた際にも放出蒸気をその裏面空間に一度放出した
後、そこでしばらく膨張仕事を行わせ、その後外部へ放
出するようにし、もって多段膨張で仕事効率を高めるこ
とができる。[0010] In the multistage expansion Stirling engine expander according to the present invention when the Stirling engine is used as a gas expander such as steam or air, the space behind the piston left in the conventional single-stage Stirling engine expander is used. Therefore, even if the vapor release pressure is increased, once the released vapor is released to the backside space, expansion work is performed for a while there, and then it is released outside, so that the work efficiency can be increased by multistage expansion. it can.
【0011】またこれらの単段もしくは多段膨張スター
リングエンジンエキスパンダを複合して大出力多気筒化
するため、それを平行配列のバレル状多気筒エンジンと
し、中央に軸方向Z形回転軸を設け、かつ中央線上にロ
ータリバルブを置いて前記回転軸によって全ピストンと
前記ロータリバルブを駆動するようにし、もって全体を
コンパクトな構造の多気筒スターリングエキスパンダが
実現できる。To combine these single-stage or multi-stage expansion Stirling engine expanders to form a large-output multi-cylinder, it is a parallel-arranged barrel-shaped multi-cylinder engine, and an axial Z-shaft is provided at the center. In addition, a rotary valve is placed on the center line, and all the pistons and the rotary valve are driven by the rotating shaft, whereby a multi-cylinder Stirling expander having a compact structure as a whole can be realized.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】次に、本発明を好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形
態に係るV字形2シリンダによるアルファ型スターリン
グエンジンの縦断面図である。1は高温シリンダ、2は
低温シリンダ、3は高温側ピストン、4は低温側ピスト
ン、5は再生熱交換器、6は作動ガスヒータであり、両
ピストン3,4は矢印7の方向に回転する1つのメイン
クランク部材のクランクピン8と2つのコネクティング
ロッド9,10によって接続され往復運動を行う。これ
らの構成は従来の代表的アルファ型スターリングエンジ
ンと同様である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a V-shaped two-cylinder alpha-type Stirling engine according to an embodiment of the present invention. 1 is a high temperature cylinder, 2 is a low temperature cylinder, 3 is a high temperature side piston, 4 is a low temperature side piston, 5 is a regenerative heat exchanger, 6 is a working gas heater, and both pistons 3 and 4 rotate in the direction of arrow 7. The crank pins 8 of the two main crank members are connected to the two connecting rods 9 and 10 to reciprocate. These configurations are the same as those of a conventional typical alpha-type Stirling engine.
【0013】この従来のスターリングエンジンに対し、
本発明では低温側のピストン作動空間11の上方に蒸気
注入口12が形成されている。また低温シリンダ2の側
面にはその下方に多数の排気孔13,14が開口してお
り、低温側ピストン4がその下死点近傍に来たとき外部
と連通し、内部気体はほぼ大気圧となるまで、あるいは
或る中間気圧まで外部へ放出される。For this conventional Stirling engine,
In the present invention, the steam inlet 12 is formed above the low-temperature side piston working space 11. On the side surface of the low-temperature cylinder 2, a number of exhaust holes 13 and 14 are opened below, and when the low-temperature side piston 4 comes near its bottom dead center, it communicates with the outside, and the internal gas is substantially at atmospheric pressure. Or to some intermediate pressure.
【0014】15は給水ポンプシリンダ、16は給水ポ
ンプピストン、17はメインクランク8に連結されたコ
ネクティングロッドである。18は給水タンクであっ
て、その中の給水19は給水管20を経由して単管貫流
ボイラの加熱管コイル21に給水される。22,23は
逆止弁である。24はボイラ用バーナ、25はボイラ煙
道である。26は気水分離器であり、ボイラ水の気水を
分離する。27は蒸気管、28は注入用蒸気弁である。
蒸気弁28の弁棒29はその下端が高温側ピストン3に
よってその上死点付近で突き上げられて開口するように
なっている。Reference numeral 15 denotes a water supply pump cylinder, 16 denotes a water supply pump piston, and 17 denotes a connecting rod connected to the main crank 8. Reference numeral 18 denotes a water supply tank, in which water 19 is supplied to a heating tube coil 21 of a single-tube once-through boiler via a water supply pipe 20. 22 and 23 are check valves. 24 is a boiler burner and 25 is a boiler flue. Reference numeral 26 denotes a steam separator, which separates steam from boiler water. 27 is a steam pipe, and 28 is a steam valve for injection.
The lower end of the valve rod 29 of the steam valve 28 is pushed up by the high temperature side piston 3 near its top dead center to open.
【0015】30は空気吸込インジェクタであり、蒸気
ノズル31からの高圧蒸気により逆止弁32を経て大気
が吸入混合され、この蒸気と空気の混合気が注入口12
から低温側のピストン作動空間11に注入される。33
はスターリングエンジンの作動ガスヒータ6を加熱する
ためのバーナであり、34はその燃焼ガスの煙道であ
る。35は排気を給水19へ吹き込み予熱するための吹
込管である。80は低温シリンダ2の放冷フィンであ
る。Numeral 30 denotes an air suction injector, in which the high pressure steam from the steam nozzle 31 sucks and mixes the atmosphere through a check valve 32, and a mixture of the steam and air is injected into the inlet 12
From the piston working space 11 on the low temperature side. 33
Is a burner for heating the working gas heater 6 of the Stirling engine, and 34 is a flue of the combustion gas. Reference numeral 35 denotes a blowing pipe for blowing the exhaust gas into the water supply 19 for preheating. Reference numeral 80 denotes a cooling fin of the low-temperature cylinder 2.
【0016】図2は図1の実施形態の弁線図である。O
Aは図1に示した高温シリンダ1の上死点方向、OBは
低温シリンダ2の上死点方向を示す。OA´、OB´は
それぞれ高温,低温シリンダの下死点方向である。両シ
リンダ空間の合成空間Vの最大Vmaxは中央のOD、
最小VminはOCの方向となる。いまクランクピン8
が矢印7の方向に回転すると、OA方向の高温シリンダ
の上死点を挟んで図1の弁棒29が押されて蒸気弁28
が開くので、EFの間が蒸気等気体注入期間となり、ま
たさらにクランクが回転した後OB方向の低温シリンダ
の下死点近傍で側壁の排気孔13,14等が開くので、
GH間が排気放出期間となる。この注入と放出は在来の
単気筒スチームエキスパンダ(蒸気機関)の作用とよく
似ており、これだけでもエンジンは回転する。FIG. 2 is a valve diagram of the embodiment of FIG. O
A indicates the top dead center direction of the high temperature cylinder 1 shown in FIG. 1, and OB indicates the top dead center direction of the low temperature cylinder 2. OA 'and OB' are the directions of the bottom dead center of the high and low temperature cylinders, respectively. The maximum Vmax of the combined space V of both cylinder spaces is the central OD,
The minimum Vmin is in the direction of OC. Now crankpin 8
Is rotated in the direction of arrow 7, the valve rod 29 of FIG. 1 is pushed across the top dead center of the high-temperature cylinder in the OA direction, and the steam valve 28 is pressed.
Is opened, the interval between EF becomes a gas injection period such as steam, and further, after the crank rotates, the exhaust holes 13, 14 and the like on the side wall are opened near the bottom dead center of the low-temperature cylinder in the OB direction.
The interval between GH is an exhaust emission period. This injection and discharge is very similar to the operation of a conventional single-cylinder steam expander (steam engine), which alone turns the engine.
【0017】図3は図1および図2による実施例におけ
るP〜V線図である。まず合成空間の下死点Vmax付
近のGH間において、シリンダ内部気体が排気孔より大
気圧Paに放出されるので、この際の圧力線図はほぼG
QHと動く。次いで排気孔の閉じた後の若干の断熱圧縮
区間による圧力上昇HEを経て、合成空間の上死点E点
前に蒸気注入弁28が開くので、圧力はEF点と上昇す
る。Fはボイラ出口圧力Pbとかなり近いものとなる。FIG. 3 is a P-V diagram in the embodiment according to FIGS. First, between the GHs near the bottom dead center Vmax of the synthesis space, the gas inside the cylinder is released to the atmospheric pressure Pa from the exhaust hole.
Works with QH. Next, the pressure rises to a point EF because the steam injection valve 28 opens before the top dead center E of the synthesis space through a pressure increase HE caused by a slight adiabatic compression section after the exhaust hole is closed. F is very close to the boiler outlet pressure Pb.
【0018】次いで内部気体は両ピストンの動きにより
従来のスターリングエンジンと同様に再生熱交換器5を
通るので、さらに高温かつ高圧となり、次いでガスヒー
タ6によって加熱されつつ等温度膨張を行うので、圧力
線図は理論的には従来型スターリングエンジンのような
楕円形となってFCIGと上に膨らんだ形となる。この
上方膨らみが再生熱交換器5とガスヒータ6によるスタ
ーリングエンジン効果である。Next, the internal gas passes through the regenerative heat exchanger 5 in the same manner as in the conventional Stirling engine due to the movement of both pistons, so that it becomes higher in temperature and pressure, and then undergoes isothermal expansion while being heated by the gas heater 6. The figure theoretically has an elliptical shape like a conventional Stirling engine, and a shape bulging upward with FCIG. This upward swelling is a Stirling engine effect by the regenerative heat exchanger 5 and the gas heater 6.
【0019】上述のように全体の圧力線図はGDHEF
CIGのように大きい面積のものとなる。もし作動ガス
の注入と放出がないものとすると、内部ガスだけの圧力
線図は従来のスターリングエンジンと同じ圧力線図とな
り、図3で楕円FCIGDJで示すようなかなり小さい
面積の線図となる。また単純なノンスターリングエンジ
ンの非加熱スチームエンジンの時はランキンサイクルF
KLHEとなる。いずれもその面積は小さい。図3から
も明らかな如く本発明の出力増大効果は著しいものとな
る。As described above, the entire pressure diagram is GDHEF.
It has a large area like CIG. If there is no injection and release of working gas, the pressure diagram of the internal gas alone will be the same pressure diagram as the conventional Stirling engine, and will be a diagram of a considerably smaller area as shown by the ellipse FCIGDJ in FIG. In the case of a simple non-Stirling engine non-heated steam engine, Rankine cycle F
KLHE. In each case, the area is small. As is apparent from FIG. 3, the output increasing effect of the present invention is remarkable.
【0020】図4は本発明を固形燃料火床上のベータ型
スターリングエンジンに適用した場合の実施例である。
なお図4において図1の実施例と同様の部分には同じ符
号を付し、その重複した説明はできるだけ省略する。こ
の実施例では上下逆立ちしたベータ型スターリングエン
ジンエキスパンダを示しているので、串形にパワーピス
トン36、ディスプレーサピストン37が配置され、L
形クランク部材38で両ピストンは約90°の位相差の
ある運動を行う。ここで符号5は円筒状の再生熱交換
器、6は下向き円盤形式の作動ガスヒータである。この
実施例では炉39の中央上部において蒸気噴射用の貫流
形蒸気発生機40が同一の固体燃料によって同時に一体
として加熱されるようになっている。FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to a beta-type Stirling engine on a solid fuel grate.
In FIG. 4, the same parts as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as much as possible. In this embodiment, a beta-type Stirling engine expander that is upside down is shown, so that a power piston 36 and a displacer piston 37 are arranged in a skewered shape.
With the shaped crank member 38, both pistons make a movement with a phase difference of about 90 °. Here, reference numeral 5 denotes a cylindrical regenerative heat exchanger, and reference numeral 6 denotes a downward disk type working gas heater. In this embodiment, a once-through steam generator 40 for steam injection is simultaneously and integrally heated by the same solid fuel in the upper central portion of the furnace 39.
【0021】この図4の実施例の他の部分の構成および
その作動は図1の実施例の場合と略同じである。ただし
蒸気噴射用の弁28のピストン形式の弁体41はメイン
クランクに隣接して同期回転するクランクピン42によ
って駆動されるようになっている。43は電動給水ポン
プである。また蒸気噴射はディスプレーサピストン37
が下方となるその上死点付近において行われるように蒸
気弁とそのピストン形弁体41が調整されており、排気
孔13,14はパワーピストン36が上方となるその下
死点近傍で開く。44は水噴射管であり、給水ポンプ4
3の出口からの水が水噴射管44、弁45を経た後、注
入蒸気内に吹き込まれて注入蒸気の湿り度調整をする。
この実施例の作用と効果は図1の実施例と同様であり、
詳しい説明は省略する。なお、図4のものは、固体燃料
以外に液体燃料あるいはガス燃料を用いるか、若しくは
それらの混焼も可能であり、またソーラーディッシュ加
熱でもよい。The structure and operation of the other parts of the embodiment of FIG. 4 are substantially the same as those of the embodiment of FIG. However, the piston type valve element 41 of the steam injection valve 28 is driven by a crank pin 42 that rotates synchronously adjacent to the main crank. 43 is an electric water pump. The steam injection is performed by the displacer piston 37.
The steam valve and its piston-type valve element 41 are adjusted so as to be performed near its top dead center, which is below, and the exhaust holes 13, 14 are opened near its bottom dead center, where the power piston 36 is above. Reference numeral 44 denotes a water injection pipe,
After the water from the outlet 3 passes through the water injection pipe 44 and the valve 45, the water is blown into the injected steam to adjust the wetness of the injected steam.
The operation and effect of this embodiment are similar to those of the embodiment of FIG.
Detailed description is omitted. In FIG. 4, a liquid fuel or a gas fuel other than a solid fuel is used, or a mixture thereof can be burned. Alternatively, solar dish heating may be used.
【0022】図5は本発明を多種熱源の同時利用に適用
した場合の発電設備の実施例を示す概略図である。46
は本発明に係るスターリングエンジンエキスパンダであ
り、47はその発電機である。48は例えば軽油、ガス
といった高級燃料を使用するバーナであり、スターリン
グエンジンのガスヒータ49を熱した後空気予熱器50
で自らの燃焼用空気を熱した後、煙突51より排出され
る。52は燃焼用空気の送風機である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of a power generation facility when the present invention is applied to simultaneous use of various heat sources. 46
Is a Stirling engine expander according to the present invention, and 47 is its generator. Reference numeral 48 denotes a burner that uses a high-grade fuel such as light oil or gas.
After heating its own combustion air in the above, the air is discharged from the chimney 51. 52 is a combustion air blower.
【0023】一方、53はバイオマス、ごみ、産業廃棄
物、石炭等の代替燃料であり、54はその焼却炉であ
る。焼却炉54の燃焼熱によって燃焼炉内ボイラ55を
熱し、飽和蒸気を発生し蒸気管56から気水分離器57
に送る。58は点火用および代替燃料不足時用の補助用
高級燃料バーナである。59は定置式あるいは追尾式の
中温度ソーラー蒸気発生器であって日照時に先のボイラ
55と同じ圧力の飽和蒸気を発生し、気水分離器57に
送る。On the other hand, 53 is an alternative fuel such as biomass, refuse, industrial waste, and coal, and 54 is its incinerator. The boiler 55 in the combustion furnace is heated by the heat of combustion of the incinerator 54 to generate saturated steam.
Send to 58 is an auxiliary high-grade fuel burner for ignition and for when alternative fuel is insufficient. Reference numeral 59 denotes a stationary or tracking type medium temperature solar steam generator which generates saturated steam having the same pressure as that of the boiler 55 during sunshine and sends it to the steam separator 57.
【0024】気水分離器57から出た飽和蒸気は蒸気管
60、制御弁61を経て蒸気注入弁62によりスターリ
ングエンジンエキスパンダ46に注入される。63はエ
キスパンダ排気管であって、冷却水ポンプ64から送ら
れてくる冷却水を噴出する直接接触インゼクタ方式コン
デンサ65につながれて吸引される。66は給水タン
ク、67は給水ポンプ、68は高級燃料用燃料ポンプで
ある。The saturated steam from the steam separator 57 is injected into the Stirling engine expander 46 via the steam pipe 60 and the control valve 61 by the steam injection valve 62. Reference numeral 63 denotes an expander exhaust pipe, which is connected to and sucked by a direct contact injector type condenser 65 which jets cooling water sent from a cooling water pump 64. 66 is a water supply tank, 67 is a water supply pump, and 68 is a fuel pump for high-grade fuel.
【0025】図5の実施例は、本発明によるスターリン
グエンジンエキスパンダが多種熱源の組み合せ使用が可
能なことを示している。即ちそのスターリングエンジン
用ガスヒータ49の加熱用燃料としては軽油、ガス等の
高級燃料あるいは高度集光高温ソーラ加熱器等を使用し
て高温を達成させるが、その蒸気注入弁62に送られる
飽和蒸気はバイオマス、ごみ、石炭、産業廃棄物など代
替燃料を焼却する焼却炉ボイラ55および定置中温度ソ
ーラー蒸気発生器59等の比較的低温、かつ供給不安定
な代替および自然エネルギを利用して発生させ、その供
給不足のときは補助用高級燃料バーナ58を使用して補
助とするものであり、高級および代替、自然エネルギと
してどのような組み合せのものを使ってもよい。また注
入蒸気は飽和蒸気もしくは若干の湿り蒸気とする。The embodiment of FIG. 5 shows that the Stirling engine expander according to the present invention can be used in combination with various heat sources. That is, as a heating fuel of the gas heater 49 for the Stirling engine, a high temperature is achieved by using a high-grade fuel such as light oil or gas, or a high-concentration high-temperature solar heater, but the saturated steam sent to the steam injection valve 62 is Biomass, garbage, coal, industrial waste, and the like. Incinerator boiler 55 for incineration of incinerator and relatively low temperature such as stationary temperature solar steam generator 59, etc. When the supply is insufficient, the auxiliary high-grade fuel burner 58 is used as an auxiliary, and any combination of high-grade, alternative, and natural energy may be used. The injected steam is saturated steam or slightly wet steam.
【0026】図6は本発明のスターリングエンジンエキ
スパンダをそのままスターリングエンジンクーラとして
使用する場合の実施例を示した概略図である。この実施
例では図1と同様なアルファ型スターリングエンジンの
形状をもつ本体を有し、符号1〜14の部材は図1の場
合と同様な部材である。ただこの場合は、同じ回転方向
でヒータ6が加熱されないので、両シリンダ1,2はス
ターリングクーラとなってシリンダ1は低温となりクー
ラの役目をし、ヒータ6は逆に外部へ冷熱を供給する。FIG. 6 is a schematic view showing an embodiment in which the Stirling engine expander of the present invention is used as it is as a Stirling engine cooler. This embodiment has a main body having the shape of an alpha-type Stirling engine similar to that of FIG. 1, and members denoted by reference numerals 1 to 14 are the same as those in FIG. 1. However, in this case, since the heater 6 is not heated in the same rotation direction, the two cylinders 1 and 2 become Stirling coolers, the temperature of the cylinder 1 becomes low, and serves as a cooler, and the heater 6 supplies cold heat to the outside.
【0027】図6の実施例で69は、空気,密閉系であ
ればヘリウムのような作動ガスのタンクであり、そのガ
スはモータ(M2 )70で作動されるポンプ71によっ
て送り出され、常温クーラ72で常温に冷やされてから
メインクランク部材とベルトで連結されて同期回転する
ロータリバルブ73によってピストン4の上死点手前近
傍の時期にピストン作動空間11に注入され、またピス
トン4の下死点近傍で排気孔13,14等より排気管7
4に排気され、タンク69へ戻る。これらのポンプや弁
類の動作は全く図1の場合と同様であり、その作用でク
ランク部材は動力を発生しつつ回転を続け、ヒータ6は
加熱されないので、そこでは逆に冷熱を発生する。In the embodiment shown in FIG. 6, reference numeral 69 denotes a tank of a working gas such as helium in the case of air or a closed system, and the gas is sent out by a pump 71 operated by a motor (M 2 ) 70 and is operated at room temperature. After being cooled to room temperature by the cooler 72, the rotary valve 73 is connected to the main crank member by a belt and rotates synchronously. In the vicinity of the point, the exhaust pipe 7
4 and return to the tank 69. The operation of these pumps and valves is exactly the same as that of FIG. 1, and the crank member continues to rotate while generating power by its operation, and the heater 6 is not heated.
【0028】前記クランク部材の発生する動力は動力軸
75を介して発電機(M1 )76に至り、その発生電力
は前記モータ70へ送られてその駆動電力の軽減に利用
される。この実施例は本発明によるスターリングエンジ
ンエキスパンダがそのままの形でクーラにも利用される
ことを示すものである。The power generated by the crank member reaches a generator (M 1 ) 76 via a power shaft 75, and the generated power is sent to the motor 70 and used to reduce the driving power. This embodiment shows that the Stirling engine expander according to the present invention can be used as it is for a cooler.
【0029】図6の77は風車であって、風力によって
直接コンプレッサ78を駆動してその圧縮空気を配管7
9と弁73を経てスターリングエンジンエキスパンダに
送る。この風車77を使用する際は場合によりモータ
(M2 )70は使用を絞ってよい。またこの際は排気管
74に設けられた放出弁80を開いて排気圧力の低下を
計る。この実施例は風力,水力,波力等の力学的自然エ
ネルギで駆動する空気圧縮機を注入空気源として本発明
のスターリングエキスパンダやスターリングクーラを形
成できることを示す。In FIG. 6, reference numeral 77 denotes a windmill, which directly drives a compressor 78 by wind power to supply the compressed air to a pipe 7.
It is sent to the Stirling engine expander via 9 and the valve 73. When using the windmill 77, the use of the motor (M 2 ) 70 may be reduced in some cases. In this case, the discharge valve 80 provided in the exhaust pipe 74 is opened to measure a decrease in exhaust pressure. This embodiment shows that the Stirling expander and the Stirling cooler of the present invention can be formed by using an air compressor driven by mechanical natural energy such as wind power, water power, and wave power as an injection air source.
【0030】図7はアルファ型スターリングエンジンを
母体とした本発明の実施例に係る多段膨張スターリング
エンジンエキスパンダの概略図である。81,82はそ
れぞれ低温および高温側ピストン、Aは低温作動空間、
Bは高温作動空間であって、両ピストン81,82は、
約60°〜90°位相が異なって矢印7の方向に等速回
転する2つのクランク部材83,84により上下に駆動
される。85は再生熱交換器、86はガスヒータであ
る。この2つのピストン81,82と両空間A,Bによ
って母体となるアルファ型スターリングエンジンエキス
パンダが形成される。FIG. 7 is a schematic view of a multi-stage expansion Stirling engine expander according to an embodiment of the present invention, which is based on an alpha-type Stirling engine. 81 and 82 are low and high temperature side pistons respectively, A is a low temperature working space,
B is a high-temperature working space, and both pistons 81 and 82
It is driven up and down by two crank members 83 and 84 that rotate at a constant speed in the direction of arrow 7 with a phase difference of about 60 ° to 90 °. 85 is a regenerative heat exchanger and 86 is a gas heater. The two pistons 81 and 82 and both spaces A and B form an alpha-type Stirling engine expander serving as a base.
【0031】図7に示す実施例で、低温側,高温側両ピ
ストン81,82を復動ピストンとしてそれぞれの裏側
に、前記低温作動空間Aの背後空間Cおよび前記高温作
動空間Bの背後空間Dをそれぞれ形成し、さらに図示の
ごとく別の同期クランク部材87にて膨張ピストン88
を有する膨張シリンダ89を設け、そのピストン作動空
間をEとし、これら3つの空間C,D,Eを連結管9
0,91によって連結して共通の膨張空間とする。In the embodiment shown in FIG. 7, the low-temperature side and high-temperature side pistons 81 and 82 are used as return pistons, and the back space C of the low-temperature operation space A and the back space D of the high-temperature operation space B are provided on the back side. Are formed, and an expansion piston 88 is formed by another synchronous crank member 87 as shown in the figure.
Is provided with an expansion cylinder 89 having a piston working space E, and these three spaces C, D, and E are connected to a connecting pipe 9.
0 and 91 to form a common expansion space.
【0032】本実施例はスターリングエンジンエキスパ
ンダである故、外部より約5〜10気圧程度の高圧飽和
蒸気あるいは若干の湿り蒸気もしくは若干の空気を含む
混合気体もしくは空気のみが供給管92より入り、また
注入用電磁弁93によって低温側ピストン81の上死点
近傍において低温作動空間Aに注入される。次いで前記
ピストン81の下死点近傍において中間放出用電磁弁9
4が暫時開いて前記空間Aおよび前記空間B内の蒸気の
一部を、その時低圧となっている膨張空間C,D,Eに
放出し、前記空間A,Bは若干低圧となって再び前記電
磁弁94が閉じ、前記空間A,Bはスターリングエンジ
ンエキスパンダのサイクルを繰り返す。Since the present embodiment is a Stirling engine expander, only a high-pressure saturated steam of about 5 to 10 atm or a mixed gas or air containing some wet steam or some air enters from the supply pipe 92 from the outside. The injection solenoid valve 93 injects the low-temperature piston 81 into the low-temperature operating space A near the top dead center. Next, in the vicinity of the bottom dead center of the piston 81, the intermediate discharge solenoid valve 9 is disposed.
4 is opened temporarily to release a part of the steam in the space A and the space B to the expansion spaces C, D, and E which are at a low pressure at that time. The solenoid valve 94 is closed, and the spaces A and B repeat the cycle of the Stirling engine expander.
【0033】一方、前記空間C,D,Eに入った蒸気は
その全空間で暫時膨張仕事をした後、その合計空間容積
が最大となった付近で最終放出用電磁弁95が約半サイ
クル開いて内部の蒸気等を排気タービン96もしくはコ
ンデンサもしくは大気に放出する。On the other hand, the steam that has entered the spaces C, D, and E temporarily expands in all of the spaces, and then the final discharge solenoid valve 95 is opened for about half a cycle near the maximum of the total space volume. To discharge the internal steam and the like to the exhaust turbine 96 or a condenser or the atmosphere.
【0034】また注入用電磁弁93が開いている期間は
クランク部材83の回転領域の中で図中Fで示した範囲
であって、中間放出用電磁弁94の開く期間は同様に図
中Gの範囲である。次いで最終放出用電磁弁95の開く
区間は、膨張ピストン88の上昇中で,クランク部材8
7のHで示す範囲である。The period during which the injection solenoid valve 93 is open is in the range indicated by F in the rotation range of the crank member 83, and the period during which the intermediate discharge electromagnetic valve 94 is open is also G in the diagram. Range. Next, the opening section of the final discharge solenoid valve 95 is in the upward movement of the expansion piston 88 and the crank member 8.
7 is the range indicated by H.
【0035】図8は図7の実施例におけるP〜V線図で
ある。先の図3と同様上方のIJKLMの閉曲線は前記
空間AとBの有効作動空間の和の示すP〜V線図であっ
て、LM間は放出、IJ間は注入、JKL間はスターリ
ングエンジンサイクルの一部である部分を示している。
Nは中間放出用電磁弁94の締切点である。一方におい
て下方のMNOPQは膨張空間C,D,Eの有する有効
作動空間の和の示すP〜V線図であって、図では分かり
易いように左右逆に描いてあり、左回りでも正の仕事を
示す。両者を合せると、P〜V線図は単なるスターリン
グエンジンサイクルである楕円JKLRよりもきわめて
大きいものとなり、蒸気エキスパンダとして優れている
ことを示している。FIG. 8 is a P-V diagram in the embodiment of FIG. Similar to FIG. 3 above, the upper closed curve of the IJKLM is a PV diagram showing the sum of the effective working spaces of the spaces A and B, wherein the discharge is between LM, the injection is between IJ, and the Stirling engine cycle is between JKL. The part which is a part of is shown.
N is a cutoff point of the intermediate discharge solenoid valve 94. On the other hand, the lower MNOPQ is a P-V diagram showing the sum of the effective working spaces of the expansion spaces C, D, and E, which are drawn left-right reversed for easy understanding. Is shown. When combined, the PV diagram is much larger than the elliptical JKLR, which is simply a Stirling engine cycle, indicating that it is excellent as a steam expander.
【0036】図9は本発明を多気筒バレル型に構成し、
かつ排気タービン膨張機を付加した場合を示す。同図に
おいて、A,B,C,DおよびA´,B´,C´,D´
とあるのは図1のA,B,C,Dと同じ作用をする空間
であり、A,A´は高温作動空間、B,B´は低温作動
空間、C,C´はそれぞれAとA´の裏空間、D,D´
それぞれはBとB´の裏空間であり、A,BおよびA
´,B´がペアとなってそれぞれ1個のアルファ型スタ
ーリングエンジン部を形成している。なお、上方のガス
ヒータ97,98は外部より加熱される。FIG. 9 shows a multi-cylinder barrel type of the present invention.
Also, a case where an exhaust turbine expander is added is shown. In the figure, A, B, C, D and A ', B', C ', D'
1 is a space that operates in the same manner as A, B, C, and D in FIG. 1, A and A 'are high-temperature operation spaces, B and B' are low-temperature operation spaces, and C and C 'are A and A, respectively. ', The back space, D, D'
Each is the back space of B and B ', A, B and A
'And B' are paired to form one alpha-type Stirling engine. The upper gas heaters 97 and 98 are externally heated.
【0037】本実施例で4個のシリンダ101〜104
は平行バレル状に配置され、それぞれのピストンは下方
の垂直回転軸105,106に設けたZ軸部107に嵌
合された傾斜腕状体108の腕109,110等によっ
て垂直方向に往復駆動される。111,112,113
はそれぞれ前記垂直回転軸によって回転されるロータリ
弁であって、蒸気入口114からの蒸気を前記空間B,
B´に交互に注入し、かつそれらを空間C,D,C´,
D´に導き、最後にそれらにより放出して放出管115
より排気蒸気タービン116に入れてそれを回転させた
後、この蒸気はコンデンサ117に入る。これらの弁の
作動順序および各空間のP〜V線図等は図1,図2の場
合とほぼ同様である。In this embodiment, four cylinders 101 to 104
Are arranged in a parallel barrel shape, and the respective pistons are vertically reciprocated by arms 109 and 110 of an inclined arm 108 fitted to a Z-axis portion 107 provided on the lower vertical rotation shafts 105 and 106. You. 111, 112, 113
Are rotary valves which are respectively rotated by the vertical rotation shafts.
B ′ alternately and inject them into spaces C, D, C ′,
D ′, and finally release by them to release tube 115
After entering the more exhaust steam turbine 116 and rotating it, this steam enters the condenser 117. The operation sequence of these valves and the PV diagrams of each space are substantially the same as those in FIGS.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
に本発明のスターリングエンジンエキスパンダの場合、
図3の例に示す如く、そのサイクルのP〜V線図の面積
が単純スターリングエンジンおよび単純スチームエンジ
ン等のエキスパンダに比べて大きくなることによって比
出力が同一程度の平均圧力をもつ在来スターリングエン
ジンおよびスチームエンジン等に比べて格段と大きくな
る。As described above, according to the present invention, particularly in the case of the Stirling engine expander of the present invention,
As shown in the example of FIG. 3, the area of the P to V diagram of the cycle is larger than that of an expander such as a simple Stirling engine or a simple steam engine, so that the conventional Stirling having a specific output of the same average pressure is obtained. It is much larger than engines and steam engines.
【0039】在来のスターリングエンジンはその内圧を
数10気圧以上に高くとる必要があったが、本発明によ
るスターリングエンジンエキスパンダは約10気圧以下
の最高圧力であっても同程度の大きな出力が得られる。
したがって特にシリンダ部やクランクケース部の構造が
簡素となり、低重量、低価格のスターリングエンジンエ
キスパンダが実現できる。Although the conventional Stirling engine had to increase its internal pressure to several tens of atmospheres or more, the Stirling engine expander according to the present invention has the same large output even at the maximum pressure of about 10 atmospheres or less. can get.
Therefore, the structure of the cylinder portion and the crankcase portion is particularly simplified, and a low-weight, low-cost Stirling engine expander can be realized.
【0040】本発明スターリングエンジンエキスパンダ
の高温部のガス温度は再生熱交換器によって熱の再生が
行われること、およびヒータ6や49の存在によって在
来の蒸気機関よりもきわめて高くなり、かつ等温変化が
行われるので、全体の総合熱効率は在来のノンスターリ
ング低圧非過熱飽和蒸気機関よりも十分高くなる。The gas temperature in the high temperature section of the Stirling engine expander of the present invention is significantly higher than that of a conventional steam engine due to the regeneration of heat by the regenerative heat exchanger and the presence of the heaters 6 and 49. As a result of the change, the overall overall thermal efficiency is much higher than a conventional non-Stirling low pressure non-superheated saturated steam engine.
【0041】また本発明では、図1の実施例のような場
合は注入蒸気の中に空気が若干混入し、注入されるの
で、その空気の分だけ注入蒸気の量を減少させ、蒸気の
発生に必要な蒸気潜熱を減らすことができるので、総合
熱効率をさらに改善できる。Further, according to the present invention, in the case of the embodiment shown in FIG. 1, air is slightly mixed into the injected steam and injected, so that the amount of injected steam is reduced by the amount of the air to generate steam. , The latent heat of steam required for the heat treatment can be reduced, so that the overall thermal efficiency can be further improved.
【0042】さらに本発明によるエキスパンダは在来の
高出力スターリングエンジンのように高価なヘリウムや
危険な水素ガスを作動ガスとする必要がなく、きわめて
入手し易い自然物質の蒸気と空気等を使用できるので、
この点でも経済的で環境にもよい。Further, the expander according to the present invention does not need to use expensive helium or dangerous hydrogen gas as a working gas as in a conventional high-power Stirling engine, and uses natural materials such as steam and air which are very easily available. So you can
In this respect, it is economical and good for the environment.
【0043】また図5の実施例に示すように本発明によ
るスターリングエンジンエキスパンダによる多種熱源同
時利用の発電設備は、スターリングエンジンのガスヒー
タ部高温加熱(500〜700℃)に使用される高温燃
料と蒸気注入用飽和もしくは湿り蒸気発生(120〜1
50℃)のために使用される低温燃料もしくは熱源とは
分離されてもよいので、自由な2種類の熱源の使用が可
能である。これは石油等の燃料に対しては空気予熱器を
付け、できるだけその消費を減らし、ソーラ、バイオマ
ス、ごみ、産業廃棄物等の代替燃料を多く用いて飽和蒸
気発生に用いればよいことを示しており、将来のエネル
ギ事情によく合致するものとなる。Further, as shown in the embodiment of FIG. 5, the power generation equipment for simultaneous use of various heat sources by the Stirling engine expander according to the present invention comprises a high temperature fuel used for high temperature heating (500 to 700 ° C.) of the gas heater section of the Stirling engine. Generation of saturated or wet steam for steam injection (120-1
(50 ° C.) can be separated from the low-temperature fuel or heat source used, so that the use of two free heat sources is possible. This shows that an air preheater can be installed for fuels such as petroleum to reduce the consumption as much as possible, and that alternative fuels such as solar, biomass, garbage, and industrial waste can be used for generating saturated steam. And will be well suited to future energy situations.
【0044】図4の実施例のように同一火床を用いると
きは固形燃料のみに対しても空気予熱器を付けることな
く、その全熱量を使用できる。また図6の実施例のよう
に本発明のスターリングエンジンエキスパンダはそのま
までクーラとしても原理的に利用できる。その方面の転
回はまた大きな利用価値をもたらすものとなる。When the same grate is used as in the embodiment of FIG. 4, the entire heat can be used for the solid fuel alone without attaching an air preheater. Further, as in the embodiment of FIG. 6, the Stirling engine expander of the present invention can be used in principle as it is as a cooler. Turning in that direction also brings great utility value.
【0045】また図6の実施例のように本発明によるス
ターリングエキスパンダは、風力,水力,波力等の力学
的自然エネルギによって駆動される空気圧縮機による圧
縮空気をその注入ガスとして使用できるので、この点も
将来のエネルギ事情によく合致する。Also, as in the embodiment of FIG. 6, the Stirling expander according to the present invention can use compressed air from an air compressor driven by mechanical natural energy such as wind power, water power, and wave power as its injection gas. This also fits well with future energy situations.
【0046】図7〜図9の実施例においては、特に高圧
の飽和蒸気を注入する際の蒸気の膨張を完全に行って出
力の増大と熱効率の上昇を図るかとができ、また複合多
気筒で出力の大きい場合、そのシリンダ配列をバレル型
として中央にロータリバルブを配置することで全体をき
わめてコンパクトにできる等の効果がある。In the embodiment shown in FIGS. 7 to 9, it is possible to increase the output and the thermal efficiency by completely expanding the steam particularly when the high-pressure saturated steam is injected. When the output is large, there is an effect that the whole can be made extremely compact by arranging the cylinder arrangement as a barrel type and disposing the rotary valve at the center.
【図1】本発明の1実施形態に係るV字形2シリンダを
有するアルファ型スターリングエンジンエキスパンダの
概略的な縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an alpha-type Stirling engine expander having two V-shaped cylinders according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す実施形態における弁線図である。FIG. 2 is a valve diagram in the embodiment shown in FIG.
【図3】図1に示す実施形態における合成シリンダ空間
の容積(V)と圧力(P)との関係を示すP〜V線図で
ある。FIG. 3 is a P-V diagram showing a relationship between a volume (V) and a pressure (P) of a combined cylinder space in the embodiment shown in FIG.
【図4】本発明の他の実施形態に係る固形燃料火床上に
設置したベータ型スターリングエンジンエキスパンダの
概略的縦断面図である。FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a beta-type Stirling engine expander installed on a solid fuel grate according to another embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施形態による多種熱源同時利用
の発電設備の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a power generation facility using multiple heat sources simultaneously according to another embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の実施形態によるスターリングエン
ジンエキスパンダ形式のスターリングクーラを、風力等
の併用例とともに示した概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing a Stirling cooler of a Stirling engine expander type according to another embodiment of the present invention, together with an example of using a combination of wind power and the like.
【図7】本発明の他の実施形態に係る多段膨張スターリ
ングエンジンエキスパンダの縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a multistage Stirling engine expander according to another embodiment of the present invention.
【図8】図7に示す実施形態におけるP〜V線図であ
る。FIG. 8 is a P-V diagram in the embodiment shown in FIG. 7;
【図9】本発明の他の実施形態による多気筒バレル型ス
ターリングエンジンエキスパンダの一部分裁断した斜視
図である。FIG. 9 is a partially cutaway perspective view of a multi-cylinder barrel Stirling engine expander according to another embodiment of the present invention.
1 高温シリンダ 2 低温シリンダ 3 高温側ピストン 4 低温側ピストン 5 再生熱交換器 6 作動ガスヒータ 9,10,17 コネクティングロッド 11 低温側のピストン作動空間 12 蒸気注入口 13,14 排気孔 15 給水ポンプシリンダ 16 給水ポンプピストン 18 給水タンク 20 給水管 21 加熱管コイル 24 ボイラ用バーナ 26 気水分離器 27 蒸気管 28 注入用蒸気弁 30 空気吸込インジェクタ 32 逆止弁 35 吹込管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High temperature cylinder 2 Low temperature cylinder 3 High temperature side piston 4 Low temperature side piston 5 Regenerative heat exchanger 6 Working gas heater 9, 10, 17 Connecting rod 11 Low temperature side piston working space 12 Steam inlet 13, 14 Exhaust hole 15 Water supply pump cylinder 16 Water supply pump piston 18 Water supply tank 20 Water supply pipe 21 Heating pipe coil 24 Boiler burner 26 Steam-water separator 27 Steam pipe 28 Injection steam valve 30 Air suction injector 32 Check valve 35 Blow pipe
Claims (10)
パワーピストン空間を低温部または高温部とするスター
リングエンジンにおいて、その低温側ピストンの作動空
間内に外部から飽和蒸気および/または空気等の任意の
ガスや蒸気を噴射孔を経てその全作動空間の最小となる
付近において注入し、前記全作動空間が最大となる付近
とそれ以後の工程で低温側ピストン作動空間から外部へ
内部作動ガスや蒸気を放出するようにしたことを特徴と
するスターリングエンジンIn a Stirling engine in which a power piston space having an arbitrary working gas heater and a heat regenerator has a low-temperature portion or a high-temperature portion, a saturated steam and / or air or the like is externally introduced into the operating space of the low-temperature side piston. Gas or steam is injected through the injection hole in the vicinity of the minimum of the entire working space, and in the vicinity of the maximum of the working space and in the subsequent process, the internal working gas and steam are discharged from the low-temperature side piston working space to the outside. Stirling engine characterized in that it emits
込インゼクタを経て前記低温ピストン作動空間内に噴射
し、該作動空間内に蒸気と若干の空気との混合気が注入
されるようにしたことを特徴とする請求項第1項に記載
したスターリングエンジン。2. A steam from a high-pressure steam generator is injected into the low-temperature piston working space through an air suction injector so that a mixture of steam and some air is injected into the working space. The Stirling engine according to claim 1, wherein:
を利用した貫流等任意形式の蒸気発生器からの蒸気を作
動空間に注入するようにしたことを特徴とする請求項第
1項または第2項に記載したスターリングエンジン。3. The steam generator according to claim 1, wherein steam from a steam generator of any type, such as through-flow utilizing a heat source of a gas heater of the Stirling engine, is injected into the working space. Stirling engine described in.
として化石燃料,高温集光太陽熱その他の高温熱源を用
い、注入用蒸気の蒸気発生器の熱源として別の熱源であ
る任意工業廃熱,ごみ焼却炉熱,中低温集光太陽熱,地
熱等の中低温熱源を利用するようにしたこと、および注
入蒸気源として風力,水力,波力等による空気圧縮機を
用いることを特徴とする請求項第1項ないし第3項に記
載したスターリングエンジン。4. A fossil fuel, a high-temperature condensed solar heat or another high-temperature heat source as a heat source of a gas heater of a Stirling engine, and an optional industrial waste heat or refuse incineration which is another heat source as a heat source of a steam generator for injection steam. 2. The method according to claim 1, wherein a medium-to-low-temperature heat source such as furnace heat, medium-to-low-temperature concentrating solar heat, and geothermal heat is used, and an air compressor using wind power, water power, wave power, or the like is used as the injected steam source. A Stirling engine according to any one of Items 3 to 3.
気利用空気圧縮機にて膨張させ圧縮空気を作り、これを
作動空間に注入するようにしたことを特徴とする請求項
第1項ないし第4項に記載したスターリングエンジン。5. A steam generator according to claim 1, wherein steam generated from an arbitrary steam generator is once expanded by a steam utilizing air compressor to produce compressed air and injected into a working space. A Stirling engine according to item 4.
パワーピストン空間を低温部または高温部とし、その低
温側ピストンの作動空間内に外部から飽和蒸気および/
または空気等の任意のガスや蒸気を噴射孔を経てその全
作動空間の最小となる付近において注入し、前記全作動
空間が最大となる付近とそれ以後の工程で低温側ピスト
ン作動空間から外部へ内部作動ガスや蒸気を放出するよ
うにしたスターリングエンジンを用いたスターリングク
ーラにおいて、外部からのヘリウム,空気などの任意ガ
スを注入,放出,回転させるとともに前記ヒータの加熱
を停止して該ヒータに発生する低温を外部の冷却用熱源
として利用するようにしたことを特徴とするスターリン
グクーラ。6. A power piston space having an arbitrary working gas heater and a heat regenerator is a low-temperature portion or a high-temperature portion, and a saturated steam and / or
Alternatively, any gas or vapor such as air is injected through the injection hole in the vicinity of the minimum of the entire working space, and in the vicinity where the total working space is the maximum and in the subsequent steps from the low-temperature side piston working space to the outside. In a Stirling cooler that uses a Stirling engine that discharges internal working gas and steam, an arbitrary gas such as helium and air is injected, discharged, and rotated from the outside, and heating of the heater is stopped to generate the heater. A Stirling cooler characterized in that a low temperature is used as an external cooling heat source.
体エキスパンダとして利用するスターリングエンジンエ
キスパンダにおいて、高低温ピストンの両方もしくはそ
の少なくとも一方を復動ピストンとし、それぞれの前記
復動ピストンの主作動面の裏側の作動空間を気体の最終
段膨張空間としたことを特徴とする多段膨張スターリン
グエンジンエキスパンダ。7. A Stirling engine expander that uses a Stirling engine as a gas expander such as steam or air, wherein both or at least one of the high and low temperature pistons is a return piston, and a main operating surface of each of the return pistons. A multistage inflation Stirling engine expander, characterized in that the working space on the back side of the multistage inflation stage is the last stage expansion space for gas.
を低温部もしくは高温部とするガンマ型スターリングエ
ンジン形式とした場合にそれぞれのパワーピストンを復
動ピストンとし、それぞれの復動ピストンの主作動面の
裏側の作動空間に別の膨張用シリンダおよびピストンを
連結してそれを気体の最終段膨張空間としたことを特徴
とする請求項第7項に記載した多段膨張スターリングエ
ンジンエキスパンダ。8. In the case of a beta type or a gamma type Stirling engine type in which a power piston working space has a low temperature section or a high temperature section, each power piston is a return piston, and the back side of the main operation surface of each return piston. 8. The multi-stage expansion Stirling engine expander according to claim 7, wherein another expansion cylinder and a piston are connected to the working space of (1) to form a final expansion space for gas.
等の膨張機を後置したことを特徴とする請求項第8項に
記載したスターリングエンジンエキスパンダ。9. The Stirling engine expander according to claim 8, wherein an expander such as an exhaust turbine is further provided in the last stage working space.
気体エキスパンダとして利用するスターリングエンジン
エキスパンダにおいて、複数個のシリンダとピストンの
運動方向のすべてを平行として中心線のまわりにリング
状に配置して中央線上にロータリ弁を置き、中心線上に
Z形の回転軸を有する傾斜板あるいは斜め腕体等で各ピ
ストンを往復運動させるようにしたバレル状配置の多気
筒の単段もしくは多段膨張スターリングエンジンエキス
パンダ。10. A Stirling engine expander using a Stirling engine as a gas expander for steam, air, etc., wherein a plurality of cylinders and pistons are arranged in a ring around a center line with all directions of movement being parallel. A multi-cylinder single-stage or multi-stage expansion Stirling engine extract with a barrel arrangement in which a rotary valve is placed on the center line and each piston is reciprocated by an inclined plate or an oblique arm having a Z-shaped rotation axis on the center line. Panda.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28614197A JPH11107856A (en) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28614197A JPH11107856A (en) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11107856A true JPH11107856A (en) | 1999-04-20 |
Family
ID=17700474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28614197A Pending JPH11107856A (en) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11107856A (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002021638A (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-23 | Seita Isshiki | Stirling cycle equipment |
| JP2003525385A (en) * | 2000-03-02 | 2003-08-26 | ニュー・パワー・コンセプツ・エルエルシー | Improvement of Stirling engine heat system |
| FR2952404A1 (en) * | 2009-11-12 | 2011-05-13 | Maneville Guy De | Stirling gas engine e.g. alpha type gas stirling engine, for e.g. motorized devices, has gas cooling device and regenerator that are arranged on flow path of gas, and inner volume filled with predetermined volume of vaporizable liquid |
| JP2011525965A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-29 | ザ・ボーイング・カンパニー | Solar power device |
| CN103089482A (en) * | 2012-02-12 | 2013-05-08 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | Air injection unit heat engine |
| CN103899431A (en) * | 2014-04-30 | 2014-07-02 | 郭远军 | V-shaped negative pressure power device and acting method thereof |
| WO2014089716A3 (en) * | 2012-12-12 | 2014-08-28 | Brütsch David | Device for extracting electric energy from thermal energy |
| CN104405529A (en) * | 2014-11-27 | 2015-03-11 | 吉林大学 | Stirling cycle based engine exhaust gas energy conversion device |
| FR3025254A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-04 | Stephane Willocx | MOTOR WITH DIFFERENTIAL EVAPORATION PRESSURES |
| FR3031770A1 (en) * | 2015-01-19 | 2016-07-22 | Stephane Willocx | THERMAL MOTOR CONDENSATION |
| CN111022272A (en) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 义乌初晨新能源科技有限公司 | Novel solar generator |
| EP4177453A1 (en) * | 2021-11-09 | 2023-05-10 | Yanmar Holdings Co., Ltd. | Stirling engine |
-
1997
- 1997-10-02 JP JP28614197A patent/JPH11107856A/en active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003525385A (en) * | 2000-03-02 | 2003-08-26 | ニュー・パワー・コンセプツ・エルエルシー | Improvement of Stirling engine heat system |
| JP2002021638A (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-23 | Seita Isshiki | Stirling cycle equipment |
| JP2011525965A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-29 | ザ・ボーイング・カンパニー | Solar power device |
| FR2952404A1 (en) * | 2009-11-12 | 2011-05-13 | Maneville Guy De | Stirling gas engine e.g. alpha type gas stirling engine, for e.g. motorized devices, has gas cooling device and regenerator that are arranged on flow path of gas, and inner volume filled with predetermined volume of vaporizable liquid |
| FR2952405A1 (en) * | 2009-11-12 | 2011-05-13 | Maneville Guy De | STIRLING MOTOR WITH IMPROVED EFFICIENCY AND IMPROVED AND / OR VARIABLE POWER |
| CN103089482A (en) * | 2012-02-12 | 2013-05-08 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | Air injection unit heat engine |
| CN103089482B (en) * | 2012-02-12 | 2015-05-20 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | Air injection unit heat engine |
| WO2014089716A3 (en) * | 2012-12-12 | 2014-08-28 | Brütsch David | Device for extracting electric energy from thermal energy |
| CN103899431A (en) * | 2014-04-30 | 2014-07-02 | 郭远军 | V-shaped negative pressure power device and acting method thereof |
| US10851733B2 (en) | 2014-09-02 | 2020-12-01 | Stephane WILLOCX | Engine with differential evaporation pressures |
| FR3025254A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-04 | Stephane Willocx | MOTOR WITH DIFFERENTIAL EVAPORATION PRESSURES |
| WO2016034632A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-10 | Willocx Stéphane | Engine with differential evaporation pressures |
| CN104405529A (en) * | 2014-11-27 | 2015-03-11 | 吉林大学 | Stirling cycle based engine exhaust gas energy conversion device |
| FR3031770A1 (en) * | 2015-01-19 | 2016-07-22 | Stephane Willocx | THERMAL MOTOR CONDENSATION |
| CN111022272A (en) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 义乌初晨新能源科技有限公司 | Novel solar generator |
| EP4177453A1 (en) * | 2021-11-09 | 2023-05-10 | Yanmar Holdings Co., Ltd. | Stirling engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4077214A (en) | Condensing vapor heat engine with constant volume superheating and evaporating | |
| KR100342338B1 (en) | Heat engine | |
| US5894729A (en) | Afterburning ericsson cycle engine | |
| US4333424A (en) | Internal combustion engine | |
| JP4880605B2 (en) | Heat generation engine | |
| US4426847A (en) | Reciprocating heat engine | |
| CN103912405B (en) | A kind of parallel motion thermal power machine and work method thereof | |
| US7028476B2 (en) | Afterburning, recuperated, positive displacement engine | |
| EP0236344A1 (en) | Shaft power generator | |
| US20110314805A1 (en) | Heat engine with regenerator and timed gas exchange | |
| JPH11107856A (en) | Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler | |
| KR102864179B1 (en) | Combustion chamber device and system including the device | |
| US4864826A (en) | Method and apparatus for generating power from a vapor | |
| CN1269465A (en) | Supercritical backheat-heated engine | |
| EA011332B1 (en) | Low-temperature motor compressor unit with continuous “cold” combustion at constant pressure and with active chamber | |
| US6138457A (en) | Combustion powered cooling system | |
| JP7473119B2 (en) | THERMAL MACHINE CONFIGURED TO PERFORM A THERMAL CYCLE AND METHOD FOR PERFORMING A THERMAL CYCLE WITH SUCH A THERMAL MACHINE - Patent application | |
| US4693087A (en) | Method of generating power from a vapor | |
| JPH08193504A (en) | Combined cycle of power plant | |
| CN203717159U (en) | External-heating engine | |
| JP2000213418A (en) | Heat source system using low temperature steam and cogeneration system using the same | |
| RU2355900C2 (en) | Method for heat energy conversion | |
| Isshiki et al. | Report on the developments of steam super Stirling engine | |
| Furuhama et al. | Rankine cycle engines for utilization of LH2 car fuel as a low-temperature source | |
| CN103925108A (en) | Star-shaped heat energy power device and working method thereof |