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JPH0323742B2 - - Google Patents
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JPH0323742B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0323742B2
JPH0323742B2 JP56195006A JP19500681A JPH0323742B2 JP H0323742 B2 JPH0323742 B2 JP H0323742B2 JP 56195006 A JP56195006 A JP 56195006A JP 19500681 A JP19500681 A JP 19500681A JP H0323742 B2 JPH0323742 B2 JP H0323742B2
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piston
pressure
pistons
cap
fluid
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JP56195006A
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JPS5896147A (en
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Yoshihiro Ishizaki
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
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Publication of JPH0323742B2 publication Critical patent/JPH0323742B2/ja
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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
    • F02G1/044Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

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、作動流体を主として気体(特別な場
合は液体、混合気体、2相気体もある)とし、熱
サイクルが理想的には2つの等容過程と2つの等
温過程からなるスターリングサイクル機関の機器
構成に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention uses a working fluid mainly as a gas (in special cases, there are also liquids, mixed gases, and two-phase gases), and the thermal cycle is ideal. Specifically, it concerns the equipment configuration of a Stirling cycle engine that consists of two isovolumic processes and two isothermal processes.

(従来の技術) 本発明に係わる従来技術としては、例えば特開
昭50−49538号公報に開示されたものがある。こ
の従来技術では、ダブル・アクテイングタイプの
スターリンサイクルエンジンにおいて、ピストン
にシリンダの吐出容積よりも大なる容積を有する
空所を設けると共に、2つのピストンリングの間
に空所と作動空間を連通させる溝を設け、ピスト
ンの1つを通つて作動ガスが漏出した場合に、こ
の漏出したガスをピストンの空所内に入れるよう
にしている。
(Prior Art) As a prior art related to the present invention, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 49538/1983. In this conventional technology, in a double-acting type Stalin cycle engine, a cavity having a volume larger than the discharge volume of the cylinder is provided in the piston, and the cavity and the working space are communicated between two piston rings. A groove is provided to allow the leakage of working gas through one of the pistons into the cavity of the piston.

ところが、ピストン往復動機構に係わる損失を
少なくするにあたつて、ピストンの軽量化を考え
ピストンを薄肉化して空所内を加圧することを考
慮すると、このものにおいては空所内への作動ガ
スの供給がピストンリングからの漏れ分だけであ
るため、急激な作動圧力の変化には追従すること
ができず、それによりピストンの空所内が十分に
加圧されていないために、ピストンの強度を増し
て重量を増加させてその強度を確保する必要があ
つて、上下往復動機構に係わる損失を少なくする
ことができないという問題点を有している。
However, in order to reduce the loss associated with the piston reciprocating mechanism, in order to reduce the weight of the piston and consider making the piston thinner and pressurizing the space inside the space, it is difficult to supply working gas into the space. Since this is only leakage from the piston rings, it cannot follow sudden changes in operating pressure, and as a result, the inside of the piston cavity is not pressurized sufficiently, increasing the strength of the piston. There is a problem in that it is necessary to increase the weight to ensure its strength, and it is not possible to reduce the loss associated with the vertical reciprocating mechanism.

(発明が解決しようとする課題) 上述の問題点は、特開昭53−57337号公報に開
示される装置において、ピストンの内部を予め加
圧密封することにより解決するが、この逆来装置
においては、高圧ガスをピストン内部に供給する
ための高圧配管を取り付け、高圧が作用した状態
にて密封させねばならない。
(Problems to be Solved by the Invention) The above-mentioned problems are solved by pressurizing and sealing the inside of the piston in advance in the device disclosed in JP-A-53-57337, but in this reverse device, In this case, high-pressure piping must be installed to supply high-pressure gas to the inside of the piston, and it must be sealed under high pressure.

例えば、この公報の第5図に示される実施例に
おいては、配管より高圧ガスを供給した後、配管
の途中を潰し溶接して密封する例が示され、第6
図には、シールボルトから高圧ガスを供給した後
にシールボルトを締め込み密封する例が示されて
いる。
For example, in the embodiment shown in FIG. 5 of this publication, an example is shown in which after high-pressure gas is supplied from the piping, the middle of the piping is crushed and welded to seal it.
The figure shows an example in which the seal bolt is tightened to seal after supplying high pressure gas from the seal bolt.

従つて、この従来装置においては、高圧の状態
で加圧密封しているため、その作業が危険であり
手間がかかると共に、その作業に熟練を要し、設
定通りの圧力にピストン内を容易に加圧密封する
ことができないといつた不具合を有している。
Therefore, since this conventional device pressurizes and seals under high pressure, the work is dangerous and time-consuming, and requires skill. The problem is that it cannot be sealed under pressure.

そこで、本発明では、ピストン内部に高圧ガス
を封入するスターリングサイクル機関において、
その封入作業性が向上するようにピストンを構成
することを、その技術的課題とする。
Therefore, in the present invention, in a Stirling cycle engine in which high pressure gas is sealed inside the piston,
The technical problem is to configure the piston so that its sealing workability is improved.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決しようとする手段) 上述した本発明の技術的課題を解決するために
講じた本発明の技術的手段は、ガイドピストン付
の比較的長いピストン2本とガイドピストン付の
比較的短いピストン1本のそれぞれのシリンダ、
並びに多数の蓄熱器、熱交換器により2つの熱サ
イクルを構成する1組、または多数から成るスタ
ーリングサイクル機関において、比較的長いピス
トンを、薄肉円筒状を呈し、その内部に穴が多数
穿設された薄い金属板またはセラミク板及び断熱
材が配設されたピストンキヤツプと、外方よりピ
ストンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、
ピストンキヤツプの内部から外方への流体の流通
を阻止する吸入チエツク弁、ピストンキヤツプの
内部の流体の圧力が所定圧以上になつた時に流体
を外方へ逃がす安全弁及びピストンロツドを接続
する機構部を内蔵するピストン素子部とから形成
し、ピストンキヤツプの内部を加圧したことであ
る。
(Means for solving the problems) The technical means of the present invention taken to solve the above-mentioned technical problems of the present invention are two relatively long pistons with guide pistons and two relatively short pistons with guide pistons. Each cylinder with one piston,
In addition, in a Stirling cycle engine consisting of one set or a large number of heat storage units and heat exchangers that constitute two heat cycles, a relatively long piston is formed into a thin-walled cylindrical shape with many holes bored inside. A piston cap is provided with a thin metal plate or ceramic plate and a heat insulating material, and allows fluid to flow from the outside into the inside of the piston cap,
A suction check valve that prevents the flow of fluid from the inside of the piston cap to the outside, a safety valve that releases fluid to the outside when the pressure of the fluid inside the piston cap exceeds a predetermined pressure, and a mechanism that connects the piston rod. The piston cap is formed from a built-in piston element section, and the inside of the piston cap is pressurized.

(作用) 上述した本発明の技術的手段によれば、ピスト
ンを構成するピストン素子に外方よりピストンキ
ヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピストン
キヤツプの内部から外方への流体の流通を阻止す
る吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピスト
ンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高圧配
管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部は密
封されており、それにより高圧配管を付たまま高
圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、そ
の作業も熟練を要することなく容易であつて設定
どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を容易に
加圧密封することができる。
(Operation) According to the technical means of the present invention described above, fluid is allowed to flow from the outside to the inside of the piston cap through the piston element constituting the piston, and fluid is allowed to flow from the inside of the piston cap to the outside. Since there is a built-in suction check valve to prevent this, when pressurizing the inside of the piston cap, even if the high pressure piping etc. is removed after pressurization, the inside of the piston cap remains sealed, so the high pressure piping remains attached. There is no need to work under high pressure, it is safe, the work is easy without requiring any skill, and the inside of the piston cap can be easily pressurized and sealed to the set pressure.

(実施例) 以下に本発明の技術的手段を具体化した実施例
については添付図面に基づき説明する。
(Example) Examples embodying the technical means of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図において、ガイドピストン付の比較的長
いピストン43,44とその比較的長いシリンダ
41,42(以後、長ピストン、長シリンダとい
う)により、作動流体の容積可変空間45,46
(以後、可変空間という)は、複動型でガイドピ
ストン付の比較的短いシリンダ47とその比較的
短いシリンダ48(以後、短ピストン、短シリン
ダという)により形成される作動流体の可変空間
49,50との間に熱交換器51,52、蓄熱器
53,54、熱交換器55,56を介して連結さ
れている。
In FIG. 1, relatively long pistons 43 and 44 with guide pistons and their relatively long cylinders 41 and 42 (hereinafter referred to as long pistons and long cylinders) create working fluid volume variable spaces 45 and 46.
(hereinafter referred to as variable space) is a variable space 49 for working fluid formed by a relatively short double-acting cylinder 47 with a guide piston and its relatively short cylinder 48 (hereinafter referred to as short piston or short cylinder). 50 via heat exchangers 51, 52, heat storage units 53, 54, and heat exchangers 55, 56.

長ピストン43,44、短ピストン47は、ピ
ストンロツド57,58,59、ガイドピストン
60,61,62を介して図示しない動力を取り
出す装置または電気モータや発電機と直結、或い
はギヤ・チエーン等を介してピストン往復動機構
(回転斜板・摺動板・1軸または多軸のクランク
シヤフト等)に接続されている。
The long pistons 43, 44 and the short piston 47 are directly connected to a device (not shown) for extracting power via piston rods 57, 58, 59 and guide pistons 60, 61, 62, or to an electric motor or generator, or via a gear chain, etc. The piston is connected to a reciprocating mechanism (rotating swash plate, sliding plate, single or multi-shaft crankshaft, etc.).

長ピストン43,44の上下動とグランドシー
ル68により形成されるガス空間部63,64
は、流体口65,66よりパイプにて互いに連結
されており、長ピストン43,44がほぼ180度
の位相差で上下動しても、作動流体がここで圧縮
されることはない。また、このガス空間部63,
64と空間部72には、第3図に示すような弁圧
縮機により作動流体が適当な圧力で供給されるよ
うになつている。
Gas spaces 63 and 64 formed by the vertical movement of the long pistons 43 and 44 and the gland seal 68
are connected to each other by pipes through fluid ports 65 and 66, and even if the long pistons 43 and 44 move up and down with a phase difference of approximately 180 degrees, the working fluid is not compressed here. Moreover, this gas space part 63,
64 and the space 72 are supplied with working fluid at an appropriate pressure by a valve compressor as shown in FIG.

また、グランドシール68、油除去器71で形
成される空間69は、ガイドピストン60,6
1,62より侵入する油を除去することを目的と
し、強いては高圧(20〜200気圧)で封入されて
いる作動流体のガス空間部63,64と空間部7
2に油の入るのを防いでいる。従つて、空間69
で除去された油は接続口70より、それぞれ図示
しないピストン往復動機構部や図示しない油溜に
戻す機構が設けられている。
Further, a space 69 formed by the grand seal 68 and the oil remover 71 is formed by the guide pistons 60 and 6.
The purpose is to remove oil entering from 1, 62, and the working fluid gas spaces 63, 64 and space 7 are sealed at high pressure (20 to 200 atmospheres).
Prevents oil from entering 2. Therefore, space 69
A mechanism is provided for returning the oil removed through the connection port 70 to a piston reciprocating mechanism (not shown) and an oil reservoir (not shown), respectively.

尚、73はクリーンな作動流体の供給口、74
はピストンリングであり、また75はガイドシリ
ンダで、それぞれ図示しないクランクケースと一
体化された構成となつている。
In addition, 73 is a clean working fluid supply port, 74
75 is a piston ring, and 75 is a guide cylinder, each of which is integrated with a crankcase (not shown).

第4図において、長ピストン43,44を薄肉
のセラミツク、金属等により形成されたピストン
キヤツプ80と、外方よりピストンキヤツプ80
の内部87への流体の流通を許容し、ピストンキ
ヤツプ80の内部87から外方への流体の流通を
阻止する吸入チエツク弁81と、ピストンキヤツ
プ80の内部87の流体圧力が所定圧以上になつ
たときにこの流体を外方へ逃がす安全弁82と、
ピストンロツド57(59)を接続する機構部で
あるナツト91・ワツシヤ92を内蔵しボルト8
4によりピストンキヤツプ80に接続されるピス
トン素子83とから構成し、ピストンキヤツプ8
0の内部に作動流体と同質の流体を高圧で予め封
入してある。
In FIG. 4, the long pistons 43 and 44 are connected to a piston cap 80 formed of thin-walled ceramic, metal, etc.;
The suction check valve 81 allows fluid to flow into the inside 87 of the piston cap 80 and prevents fluid from flowing outward from the inside 87 of the piston cap 80, and the fluid pressure in the inside 87 of the piston cap 80 exceeds a predetermined pressure. a safety valve 82 that releases this fluid to the outside when the
The bolt 8 has a built-in nut 91 and washer 92, which are the mechanical parts that connect the piston rod 57 (59).
4 and a piston element 83 connected to the piston cap 80 by the piston cap 80.
A fluid of the same quality as the working fluid is sealed in advance at high pressure inside the 0.

また、ピストンキヤツプ80の内部87には、
高温または極低温となる可変空間45,46によ
るキヤツプ上部89と常温との温度差による熱損
失を防ぐために、熱輻射用に多数の小穴のあけら
れた金属板85と、これらを浮かし円部の作動流
体による対流熱損失を除くための断熱材86とが
交互に積層されている。
Moreover, inside 87 of the piston cap 80,
In order to prevent heat loss due to the temperature difference between the cap upper part 89 and room temperature due to the variable spaces 45 and 46 that become high or extremely low temperatures, a metal plate 85 with many small holes for heat radiation and a circular part that floats these are used. Heat insulating materials 86 for eliminating convective heat loss due to the working fluid are alternately laminated.

かかる構成の長ピストンによれば、ピストンキ
ヤツプ80の内部87に作動流体と同質の流体が
高圧で予め封入されているため、可変空間45,
46の高圧力に対してピストンの強度を確保しつ
つピストンキヤツプ80を薄肉円筒状にして、ピ
ストンの軽量化を図ることができ、ピストン往復
動機構に係わる損失を少なくすることができる。
According to the long piston having such a configuration, the variable space 45,
By making the piston cap 80 into a thin cylindrical shape while ensuring the strength of the piston against the high pressure of 46, the weight of the piston can be reduced, and losses related to the piston reciprocating mechanism can be reduced.

また、吸入圧力が設定された吸入チエツク弁8
1により、ガス空間部63,64の圧力が異常に
高くなつた時には、この圧力をピストンキヤツプ
80の内部に回収できると共に、安全弁82によ
り、ピストンキヤツプ80の内部87の圧力は所
定圧力、例えば可変空間の最大圧力または中間圧
力よりも大きくなることはないため、ピストンキ
ヤツプ80が破壊されることはない。
In addition, a suction check valve 8 with a set suction pressure
1, when the pressure in the gas spaces 63, 64 becomes abnormally high, this pressure can be recovered inside the piston cap 80, and the safety valve 82 keeps the pressure inside the piston cap 80 at a predetermined pressure, for example, variable. The piston cap 80 will not be destroyed since it will never exceed the maximum or intermediate pressure of the space.

これにより、今までの一般のピストンでは、直
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚3mmでもよい。即ち、第2図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図(横軸はクランクシヤフト角)で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプ80の内
部87に約200気圧の圧力を封入してやれば、ピ
ストンキヤツプ80にかかる圧力変動は約±50気
圧で済むことになり、ピストンの薄肉化・軽量化
が可能になる。
As a result, conventional pistons have a diameter of 100 mm and need to be made of heat-resistant alloy and have a wall thickness of 10 mm or more to deform, but with the present invention, pistons with a diameter of 10 mm
The wall thickness may be 3mm. That is, Fig. 2 is a pressure fluctuation diagram of the working fluid in the Stirling cycle engine of the present invention (the horizontal axis is the crankshaft angle).
Although the atmospheric pressure fluctuates, if a pressure of about 200 atmospheres is sealed inside the piston cap 80, the pressure fluctuations applied to the piston cap 80 will only be about ±50 atmospheres, which will allow the piston to be made thinner and lighter. It becomes possible.

尚、ピストンキヤツプ80の内部87に約200
気圧の圧力を封入する際には、常温で約100気圧
で封入し、定常状態でピストンキヤツプ80無い
に生じる温度勾配により封入した流体が膨張して
圧力上昇し約200気圧にせしめる。
In addition, there is approximately 200% inside 87 of piston cap 80.
When sealing at atmospheric pressure, the pressure is sealed at about 100 atmospheres at room temperature, and due to the temperature gradient that occurs in the piston cap 80 in a steady state, the sealed fluid expands and the pressure rises to about 200 atmospheres.

また、かかる構成の長ピストンによれば、該ピ
ストンを構成するピストン素子83に外方よりピ
ストンキヤツプ80の内部87への流体の通過を
許容し、ピストンキヤツプ80の内部87から外
方への流体の流通を阻止する吸入チエツク弁81
が内蔵されているため、ピストンキヤツプ80の
内部87を加圧する際、加圧後に高圧配管等を取
り除いてもピストンキヤツプ80の内部87は密
封されており、それにより高圧配管を付けたまま
高圧の状態で作業する必要がなく、安全であり、
その作業も熟練を要することなく容易であつて設
定どおりの圧力にピストンキヤツプ80の内部8
7を容易に加圧密封することができる。
Further, according to the long piston having such a configuration, fluid is allowed to pass from the outside to the inside 87 of the piston cap 80 through the piston element 83 constituting the piston, and fluid is allowed to pass from the inside 87 of the piston cap 80 to the outside. Suction check valve 81 that prevents the flow of
When pressurizing the inside 87 of the piston cap 80, the inside 87 of the piston cap 80 is sealed even if the high pressure piping etc. is removed after pressurization. It is safe and does not require working in
This work is easy and does not require any skill, and the pressure inside the piston cap 80 can be adjusted to the set pressure.
7 can be easily pressure-sealed.

尚、第4図中、88はピストンリングで、90
はピストンロツド57(59)のガスシールで、
94は長ピストンとピストンロツド57,59の
結合時の長ピストンの回転止めのための小穴であ
る。
In addition, in Fig. 4, 88 is a piston ring, and 90 is a piston ring.
is the gas seal of piston rod 57 (59),
Numeral 94 is a small hole for stopping the rotation of the long piston when the long piston and piston rods 57, 59 are connected.

また、長ピストンはピストンキヤツプ80に断
熱材86と金属板85を交互に積層し、該ピスト
ンキヤツプ80に吸入チエツク弁81及び安全弁
82を取り付けたピストン素子83をボルト84
で取り付けることにより独立に製造できる。
In addition, for a long piston, heat insulating material 86 and metal plates 85 are alternately laminated on a piston cap 80, and a piston element 83 with a suction check valve 81 and a safety valve 82 attached to the piston cap 80 is attached to a bolt 84.
It can be manufactured independently by attaching it with.

また、スターリングサイクル機関に実際に取り
付けた際には、クランクケース・ピストン往復動
機構よりガイドピストン60,62を介したピス
トンロツド57,59のネジ部93をピストン素
子83内のナツト91、ワツシヤ92で締め付け
る。
When actually installed in a Stirling cycle engine, the threaded portions 93 of the piston rods 57, 59 via the guide pistons 60, 62 are connected by the crankcase/piston reciprocating mechanism using the nuts 91 and washers 92 in the piston element 83. tighten.

また、本実施例においては、長及び短ピストン
と夫々のシリンダで形成される高圧力の作動流体
の可変空間45,46,49,50と通常油潤滑
されているガイドピストン60,62,61及び
それらのピストン往復動機構を含むクランクケー
スとの間に、中圧力でクリーンな作動流体が入る
ガス空間部63,64及び空間部72が夫々設け
られ、クランクケースとの間に圧力差が与えられ
ていると共に、ガス空間部63,64及び空間部
72とガイドピストン60,62,61との間
に、低圧で作動流体中の油をきつて、クランクケ
ースに戻すことのできる空間69が夫々設けられ
ている。これにより、ガイドピストン60,6
2,61及びそれらのピストン往復動機構を含む
クランクケースからの油が可変空間45,46,
50、多数の熱交換器や蓄熱器に侵入することが
防止される。
In addition, in this embodiment, variable spaces 45, 46, 49, 50 for high-pressure working fluid formed by long and short pistons and respective cylinders, guide pistons 60, 62, 61, which are usually lubricated with oil, and Gas spaces 63, 64 and a space 72 into which a medium-pressure clean working fluid enters are provided between the crankcase containing the piston reciprocating mechanism, and a pressure difference is provided between the crankcase and the crankcase. In addition, spaces 69 are provided between the gas spaces 63, 64 and the space 72 and the guide pistons 60, 62, 61, respectively, in which oil in the working fluid can be drained at low pressure and returned to the crankcase. It is being As a result, the guide pistons 60, 6
2, 61 and the crankcase containing their piston reciprocating mechanisms enter the variable spaces 45, 46,
50. Intrusion into multiple heat exchangers and heat storage devices is prevented.

また、第1図に示す短ピストンを、第3図に示
すように、上部に小直径のピストン110を連結
し、吸入弁111、吐出弁112、オイルフイル
タ113、精製器114、弁115を付け、容積
可変空間2vにより作動流体を吸入・圧縮する作
動流体の圧縮機として構成することもでき、これ
によれば、作動流体の圧力が低下した場合でも、
クランクケース内の作動流体を116よりクリー
ンにして高圧にして戻すことができる。尚、長ピ
ストンや短ピストンで構成される可変空間からは
作動流体はピストン、リング、ロツド、シールよ
り常にクランク室に少しずつ漏れている。従つ
て、上記したように短ピストンに小ピストン11
0を連結し、吸入、吐出弁111,112を付け
て圧縮機を構成することにより、クランク室より
の作動流体をクリーンに戻すことができ、また容
積可変空間2vから可変空間49,50(可変空
間45,46)への配管中にバツフアタンク11
7、調整弁118を介装してやれば、ガス空間部
63,64、可変空間49,59(可変空間4
5,46)、空間部72の圧力を適当に調整する
ことができる。即ち、可変空間の圧力を高くし
て、クランクケースから入るのを防ぐのと同様に
原動機では発生動力を、冷凍機では冷凍温度及び
冷凍出力を調整することになる。尚、比較的長い
ピストン・シリンダの形状を第3図の如く、凸型
または小ピストン部を複数段にして、2個(1
v,2v)または複数個の作動流体の膨張、また
は圧縮空間を構成してやることもできる。
In addition, as shown in FIG. 3, the short piston shown in FIG. , it can also be configured as a working fluid compressor that sucks and compresses the working fluid using the variable volume space 2v. According to this, even when the pressure of the working fluid decreases,
The working fluid in the crankcase can be returned cleaner and at a higher pressure than 116. Note that working fluid always leaks little by little from the variable space made up of the long and short pistons into the crank chamber through the pistons, rings, rods, and seals. Therefore, as mentioned above, the small piston 11 is attached to the short piston.
By connecting 0 and attaching suction and discharge valves 111 and 112 to form a compressor, the working fluid from the crank chamber can be returned cleanly, and the variable volume spaces 49 and 50 (variable Buffer tank 11 during piping to space 45, 46)
7. If the regulating valve 118 is installed, the gas spaces 63, 64, variable spaces 49, 59 (variable space 4
5, 46), the pressure in the space 72 can be adjusted appropriately. That is, in the same way as increasing the pressure in the variable space to prevent water from entering through the crankcase, the generated power of the prime mover and the freezing temperature and freezing output of the refrigerator are adjusted. As shown in Figure 3, the relatively long piston/cylinder has a convex shape or multiple stages of small pistons, so that two (1)
(v, 2v) or a plurality of working fluid expansion or compression spaces.

第5図は、本発明のスターリングサイクル機関
を4組の熱サイクルから構成して、大型の原動機
に適用した実施例を示し、複動型のガイドピスト
ン付短ピストンをクランクシヤフトの両端にし
て、ガイドピストン付の上述した構成の長ピスト
ンを含めて、バンク角度45゜に夫々配置している。
FIG. 5 shows an embodiment in which the Stirling cycle engine of the present invention is configured with four sets of heat cycles and applied to a large-sized prime mover, with double-acting short pistons with guide pistons installed at both ends of the crankshaft. Including the long piston of the above-mentioned configuration with a guide piston, each piston is arranged at a bank angle of 45 degrees.

これによれば、12本のピストンが往復動する
が、長ピストン8本がクランク角度45゜ずつで動
力を発生すると同時に4本の短ピストンも作動流
体の圧縮(マイナスの動力)をするため、上述し
たピストンの軽量化によりクランク機構に係わる
損失を少なくすることができると共に、動バラン
スがよく、振動の発生をほとんど無くすことがで
きる。また、クランクシヤフトの両端に短ピスト
ンが配置されるため高温度に加熱されている熱交
換器(第1図の55,56が4組必要、ヒータチ
ユーブともいう)のまとめが容易にできる。
According to this, 12 pistons reciprocate, but the 8 long pistons generate power at each crank angle of 45 degrees, and at the same time the 4 short pistons also compress the working fluid (negative power), so By reducing the weight of the piston as described above, losses related to the crank mechanism can be reduced, and the dynamic balance is good, and vibrations can be almost completely eliminated. Further, since short pistons are arranged at both ends of the crankshaft, heat exchangers (four sets of 55 and 56 in FIG. 1 are required, also called heater tubes) heated to high temperatures can be easily assembled.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように本発明では、ピストンキヤツプ
の内部に作動流体と同質の流体が高圧で予め封入
されているため、可変空間の高圧力に対してピス
トンの強度を確保しつつピストンキヤツプを薄肉
円筒状にして、ピストンの軽量化を図ることがで
き、ピストン往復動機構に係わる損失を少なくす
ることができる。
As described above, in the present invention, a fluid of the same quality as the working fluid is pre-filled inside the piston cap at high pressure, so the piston cap can be shaped into a thin-walled cylindrical shape while ensuring the strength of the piston against the high pressure in the variable space. As a result, the weight of the piston can be reduced, and losses related to the piston reciprocating mechanism can be reduced.

また、吸入圧力が設定された吸入チエツク弁に
より、ガス空間部の圧力が異常に高くなつた時に
は、この圧力をピストンキヤツプの内部に回収で
きると共に、安全弁により、ピストンキヤツプの
内部の圧力は所定圧力、例えば可変空間の最大圧
力または中間圧力よりも大きくなることはないた
め、ピストンキヤツプが破壊されることはない。
In addition, when the pressure in the gas space becomes abnormally high, a suction check valve with a set suction pressure allows this pressure to be recovered inside the piston cap, and a safety valve reduces the pressure inside the piston cap to a predetermined pressure. , for example, cannot exceed the maximum or intermediate pressure in the variable space, so that the piston cap cannot be destroyed.

これにより、今までの一般のピストンでは、直
径100mmの耐熱合金製で肉厚10mm以上でないと変
形していたのに対し、本発明によれば直径100mm
で肉厚3mmでもよい。即ち、第2図は本発明のス
ターリングサイクル機関における作動流体の圧力
変動図(横軸はクランクシヤフト角)で140〜250
気圧変動しているが、ピストンキヤツプの内部に
約200気圧の圧力を封入してやれば、ピストンキ
ヤツプにかかる圧力変動は約±50気圧で済むこと
になり、ピストンの薄肉化・軽量化が可能にな
る。
As a result, conventional pistons have a diameter of 100 mm and need to be made of heat-resistant alloy and have a wall thickness of 10 mm or more to deform, but with the present invention, pistons with a diameter of 10 mm
The wall thickness may be 3mm. That is, Fig. 2 is a pressure fluctuation diagram of the working fluid in the Stirling cycle engine of the present invention (the horizontal axis is the crankshaft angle).
Air pressure fluctuates, but if we seal a pressure of about 200 atm inside the piston cap, the pressure fluctuations applied to the piston cap will only be around ±50 atm, making it possible to make the piston thinner and lighter. .

また、かかる構成の長ピストンによれば、該ピ
ストンを構成するピストン素子に外方よりピスト
ンキヤツプの内部への流体の流通を許容し、ピス
トンキヤツプの内部から外方への流体の流通を阻
止する吸入チエツク弁が内蔵されているため、ピ
ストンキヤツプの内部を加圧する際、加圧後に高
圧配管等を取り除いてもピストンキヤツプの内部
は密封されており、それにより高圧配管を付けた
まま高圧の状態で作業する必要がなく、安全であ
り、その作業も熟練を要することなく容易であつ
て設定どおりの圧力にピストンキヤツプの内部を
容易に加圧密封することができる。
Furthermore, the long piston having such a configuration allows fluid to flow from the outside into the piston cap through the piston elements constituting the piston, and prevents fluid from flowing from the inside of the piston cap to the outside. Since there is a built-in suction check valve, when pressurizing the inside of the piston cap, the inside of the piston cap remains sealed even if the high-pressure piping, etc. is removed after pressurization, so that the high-pressure state can be maintained with the high-pressure piping attached. The piston cap is safe and does not require any skill, and the inside of the piston cap can be easily pressurized and sealed to the set pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に従つたスターリングサイク
ル機関の一実施例の基本機器構成図を示す。第2
図は、第1図に示す一実施例における圧力変動図
を示す。第3図は、第1図に示す一実施例におい
て短ピストンを圧縮機に再構成した場合の説明図
を示す。第4図は、第1図に示す一実施例におけ
る長ピストンの断面図を示す。第5図は、本発明
に従つたスターリングサイクルの機関を4組の熱
サイクル機関から構成した場合の長短ピストン群
の配置説明図を示す。 41,42……シリンダ、43,44……比較
的長いピストン、45,46……可変空間、47
……比較的短いピストン、48……シリンダ、4
9,50……可変空間、51,52……熱交換
器、53,54……蓄熱器、55,56……熱交
換器、57,59……ピストンロツド、60,6
1,62……ガイドピストン、63,64……ガ
ス空間部(可変ガス空間部)、69……空間(ガ
ス空間)、72……空間部、80……ピストンキ
ヤツプ、81……吸入チエツク弁、82……安全
弁、83……ピストン素子(ピストン素子部)、
85……金属板(セラミツク板)、86……断熱
材、87……内部、91……ナツト(機構部)、
92……ワツシヤ(機構部)。
FIG. 1 shows a basic equipment configuration diagram of an embodiment of a Stirling cycle engine according to the present invention. Second
The figure shows a pressure fluctuation diagram in one embodiment shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of the embodiment shown in FIG. 1 in which the short piston is reconfigured into a compressor. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the long piston in one embodiment shown in FIG. FIG. 5 shows an explanatory diagram of the arrangement of long and short piston groups when the Stirling cycle engine according to the present invention is composed of four sets of thermal cycle engines. 41, 42... Cylinder, 43, 44... Relatively long piston, 45, 46... Variable space, 47
...Relatively short piston, 48...Cylinder, 4
9,50...Variable space, 51,52...Heat exchanger, 53,54...Regenerator, 55,56...Heat exchanger, 57,59...Piston rod, 60,6
1, 62... Guide piston, 63, 64... Gas space (variable gas space), 69... Space (gas space), 72... Space, 80... Piston cap, 81... Suction check valve , 82... safety valve, 83... piston element (piston element part),
85...Metal plate (ceramic plate), 86...Insulating material, 87...Interior, 91...Nut (mechanical part),
92... Watushiya (mechanism department).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガイドピストン付の比較的長いピストン2本
とガイドピストン付の比較的短いピストン1本の
それぞれのシリンダ、 並びに多数の蓄熱器、熱交換器により2つの熱
サイクルを構成する1組、または多数から成るス
ターリングサイクル機関において、 前記比較的長いピストンを、薄肉円筒状を呈
し、その内部に穴が多数穿設された薄い金属板ま
たはセラミツク板及び断熱材が配設されたピスト
ンキヤツプと、 外方より前記ピストンキヤツプの内部への流体
の流通を許容し、前記ピストンキヤツプの内部か
ら外方への流体の流通を阻止する吸入チエツク
弁、前記ピストンキヤツプの内部の流体の圧力が
所定圧以上になつた時に該流体を外方へ逃がす安
全弁及びピストンロツドを接続する機構部を内蔵
するピストン素子部とから形成し、 前記ピストンキヤツプの内部を加圧してなるス
ターリングサイクル機関。
[Claims] 1. Two heat cycles are constructed by two relatively long pistons with guide pistons and one relatively short piston with guide pistons, as well as a large number of heat storage devices and heat exchangers. In a Stirling cycle engine consisting of one set or a large number of pistons, the relatively long piston is a piston having a thin cylindrical shape and having a thin metal plate or ceramic plate with many holes bored therein and a heat insulating material disposed inside the piston. a suction check valve that allows fluid to flow from the outside into the piston cap and prevents fluid from flowing from the inside of the piston cap to the outside; A Stirling cycle engine which pressurizes the inside of the piston cap, comprising a safety valve that releases the fluid to the outside when the pressure exceeds a predetermined pressure, and a piston element section that incorporates a mechanism section that connects the piston rod.
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