JP2005264854A - Stirling engine and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スターリングエンジンのピストンおよびディスプレーサのセンタリングに関するものである。 The present invention relates to the centering of a piston and a displacer of a Stirling engine.
図20は、従来のスターリングエンジンの一構成例を示す断面図である。図20に示すように、従来のスターリングエンジンは、シリンダ4の内側に、ピストン5とディスプレーサ2とが嵌め込まれている。ピストン5とディスプレーサ2とは、シリンダ4内において、所定の位相差を有する状態で、共通の駆動軸Xに沿って往復運動するように設けられている。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional Stirling engine. As shown in FIG. 20, in a conventional Stirling engine, a
ディスプレーサ2にはロッド3が取り付けられている。ロッド3は、ピストン5の駆動軸Xを含むように延びる貫通孔内に挿入されている。スターリングエンジンの運転時には、ピストン5およびディスプレーサ2はシリンダ4の内周面に沿って往復運動する。シリンダ4は、圧力容器1に固定されることによって、圧力容器1に支持されている。ディスプレーサ2は、ロッド3を介してディスプレーサスプリング7によって弾性的に支持されている。ピストン5はピストンスプリング6によって弾性的に支持されている。
A
また、圧力容器1とシリンダ4とにより形成される空間は、ピストン5によって2つの空間に分割されている。2つの空間のうちの1つは、ピストン5のディスプレーサ2側に位置する作動空間(圧縮空間および膨張空間)8であり、2つの空間のうち他方の空間は、ピストン5のディスプレーサ2とは反対側に位置する背面空間9である。この2つの空間には、高圧のヘリウムガス等の作動媒体が充満されている。
A space formed by the
ディスプレーサ2の先端側の作動空間(膨張空間)8とディスプレーサ2のピストン5側の作動空間(圧縮空間)8とはヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路30を介して連通している。媒体流通路30内には、作動媒体の熱を蓄積するとともに蓄積した熱を作動媒体に供給する再生器40が設けられている。
The working space (expansion space) 8 on the distal end side of the
ピストン5は、背面空間9に形成されたリニアモータ70の駆動によって、ピストン駆動体60とともに、所定の周期でシリンダ摺動面10内において往復運動を行なう。ディスプレーサ2は、作動空間8において圧縮または膨張される作動媒体の圧力の変化にしたがって往復運動する。
The
摺動部品であるピストン5およびディスプレーサ2が滑らかに往復運動するために、ピストン外摺動面13とシリンダ摺動面10との間、ディスプレーサ摺動面11とシリンダ摺動面10の間、および、ロッド摺動面12とピストン内摺動面14との間に、微小な隙間が形成されるように、各部品の寸法が設計されている。
In order to smoothly reciprocate the
しかしながら、実際には、各部品ごとの寸法のバラツキおよび組立ての際に生じる各部品同士の間の位置ズレ等によって、ピストン5および/またはディスプレーサ2のセンタ位置(ピストンおよび/またはディスプレーサの外円の中心位置)がシリンダ4のセンタ位置(シリンダの内円の中心位置)から大きくずれて取り付けられることがある。それにより、ピストン5および/またはディスプレーサ2とシリンダ4とが接触することがある。また、ピストン5とロッド3とが接触することがある。
However, in reality, the center position of the
このため、スターリングエンジンの運転時にディスプレーサ2とシリンダ4との間、ピストン5とシリンダ4との間、およびロッド3とピストン5と間において、摩擦またはこすれが生じてしまう。その結果、各部品が損傷したり、磨耗粉が発生したりする。したがって、スターリングエンジンの性能および信頼性に大きな悪影響が及ぼされるという不都合が発生する。
Therefore, friction or rubbing occurs between the
この不都合の発生を防止するために、スターリングエンジンの組立て工程において、前述の各摺動部のそれぞれにおける各部品同士の接触を防止する目的で、ピストン5およびディスプレーサ2のセンタリングを行なう工程が必要不可欠となる。
スターリングエンジンに用いられるピストンのセンタリング方法の一つとして、ピストン5をシリンダ4内に挿入した後で、リニアモータ70に一定の電圧を印加することによってピストン5を振動させるとともに、ピストン5が低い入力電圧で最も大きく振動する位置を探し出し、その位置においてピストン5をマグネットホルダ80を介してピストンスプリング6に固定する方法が存在する。
As one of the piston centering methods used in the Stirling engine, after inserting the
また、他の方法として、ピストン5内の空間に外部から注入されたガスをピストン5の周面の四つの位置に設けられた噴出口から噴出させることにより、センタリングを行なう方法(特開2003−194429号公報)が存在する。しかしながら、これらの方法ではピストン5のセンタリングのみしかできない。
Further, as another method, centering is performed by ejecting gas injected from the outside into the space in the
つまり、ディスプレーサ2をセンタリングする方法に関しては、現時点では特に有効な手段はない。したがって、ディスプレーサ2をシリンダ4内に挿入した後に、ディスプレーサ2をある程度上下に動かすことによって、ディスプレーサ2とシリンダ4との間のこすれまたは接触が無いことを作業員が確認してから、ディスプレーサ2のシリンダに対する相対的な位置の固定を行なう方法が採用されている。
That is, there is no particularly effective means for centering the
しかしながら、この方法は、作業員の手作業によって行なわれるため、作業員ごとに、ディスプレーサ2とシリンダ4との相対的な位置関係が異なってしまう。その結果、ディスプレーサ2のセンタリングが正確に行なわれず、スターリングエンジンの性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
However, since this method is performed manually by a worker, the relative positional relationship between the
また、ディスプレーサ2のセンタリングが正確でない場合には、スターリングエンジンの運転時において、ディスプレーサ2とシリンダ4との摩擦またはこすれ等によりディスプレーサ2の振幅が小さくなるため、スターリングエンジンの性能が低下する。このように、ディスプレーサ2とシリンダ4との相対的な位置関係は、スターリングエンジンの性能または品質は大きく関与するため、ディスプレーサ2のシリンダ4に対する相対的な位置決め、すなわちセンタリングを正確に行なうことは、スターリングエンジンの性能を向上させるためには不可欠である。
Further, when the centering of the
さらに、スターリングエンジンの大量生産、コストダウンおよび高品質化を実現するためには、ディスプレーサ2のセンタリングの方法を簡素化する必要がある。
Furthermore, in order to realize mass production, cost reduction, and high quality of the Stirling engine, it is necessary to simplify the centering method of the
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディスプレーサについて、センタリングの精度の高め、センタリングの方法を簡素化し、かつセンタリング工程に要する時間を短縮することが可能なスターリングエンジンおよびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the centering accuracy of the displacer, simplify the centering method, and reduce the time required for the centering process. It is to provide an engine and a manufacturing method thereof.
本発明のスターリングエンジンは、フリーピストン型のスターリングエンジンであって、シリンダ内を往復運動するピストンと、ピストンと所定の位相差を有する状態で、シリンダ内を往復運動するディスプレーサと、ディスプレイーサに設けられ、ピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドとを備えている。ディスプレイーサは、その内部に設けられた内部空間と、それぞれが内部空間からシリンダの内周面に向かって延びる複数のディスプレーサ貫通孔とを含んでいる。ロッドは、その軸方向に沿って延びるように設けられた軸方向貫通孔を有し、軸方向貫通孔を塞ぐ閉鎖部材が設けられている。 The Stirling engine of the present invention is a free piston type Stirling engine, and is provided in a piston that reciprocates in a cylinder, a displacer that reciprocates in the cylinder in a state having a predetermined phase difference with the piston, and a displacer. And a rod penetrating a sliding hole provided in the center of the piston. The displacer includes an internal space provided therein and a plurality of displacer through holes each extending from the internal space toward the inner peripheral surface of the cylinder. The rod has an axial through hole provided so as to extend along the axial direction, and a closing member for closing the axial through hole is provided.
上記の構成によれば、後述するように、軸方向貫通孔からガスを注入することによって、ディスプレーサ貫通孔を介して内部空間からシリンダの内周面に向かってガスを噴出させ、それにより、ディスプレーサのセンタリングを行なうことができる。 According to the above configuration, as will be described later, gas is injected from the inner space through the displacer through hole toward the inner peripheral surface of the cylinder by injecting gas from the axial through hole. Centering can be performed.
閉鎖部材は、ガスが軸方向貫通孔から内部空間へ向かって流れることを許容し、内部空間から軸方向貫通孔に向かって流れることを阻止する一方向弁であってもよい。これによれば、一方向弁によって、ガスが内部空間から貫通孔へ逆流することを防止することができる。 The closing member may be a one-way valve that allows the gas to flow from the axial through hole toward the internal space and prevents the gas from flowing from the internal space toward the axial through hole. According to this, it is possible to prevent the gas from flowing back from the internal space to the through hole by the one-way valve.
ロッドは、それぞれが軸方向貫通孔からピストンの摺動孔に向かって延びる複数のロッド貫通孔をさらに含んでいることが望ましい。これによれば、軸方向貫通孔からガスを注入することによって、ロッド貫通孔を介して軸方向貫通孔からピストンの内周面に向かってガスを噴出させ、それにより、ピストンのセンタリングを行なうことが可能になる。 The rod preferably further includes a plurality of rod through holes each extending from the axial through hole toward the sliding hole of the piston. According to this, by injecting gas from the axial through hole, gas is ejected from the axial through hole toward the inner peripheral surface of the piston through the rod through hole, thereby centering the piston. Is possible.
複数のディスプレーサ貫通孔および複数のロッド貫通孔は、内部空間および軸方向貫通孔にガスを注入したときに、それぞれから噴出されるガスの圧力ベクトルの総和がほぼゼロになるように構成されていることが望ましい。この製法によれば、ディスプレーサおよびピストンのセンタリングを正確に行なうことができる。 The plurality of displacer through-holes and the plurality of rod through-holes are configured such that when gas is injected into the internal space and the axial through-hole, the sum of the pressure vectors of the gas ejected from each is substantially zero. It is desirable. According to this manufacturing method, the centering of the displacer and the piston can be performed accurately.
前述のスターリングエンジンの製造方法においては、軸方向貫通孔を介して内部空間にガスを注入し、ディスプレーサ貫通孔からシリンダの内周面に向かってガスを噴出させることにより、ディスプレーサのセンタリングが行なわれる。これによれば、ディスプレーサのセンタリングを容易に行なうことができる。 In the aforementioned Stirling engine manufacturing method, the displacer is centered by injecting gas into the internal space through the axial through hole and ejecting the gas from the displacer through hole toward the inner peripheral surface of the cylinder. . According to this, the centering of the displacer can be easily performed.
また、前述のスターリングエンジンの製造方法において、軸方向貫通孔を介して内部空間にガスを注入し、ロッド貫通孔からピストンの摺動孔に向かってガスを噴出させることにより、ピストンのセンタリングが行なわれてもよい。これによれば、ピストンのセンタリングを容易に行なうことができる。 In the above Stirling engine manufacturing method, the piston is centered by injecting gas into the internal space through the axial through hole and ejecting the gas from the rod through hole toward the piston sliding hole. May be. According to this, centering of a piston can be performed easily.
さらに、前述のスターリングエンジンの製造方法においては、内部空間および軸方向貫通孔にガスを注入し、ディスプレーサおよびピストンのセンタリングを同時に行なってもよい。これによれば、スターリングエンジンの製造工程を短縮することができる。 Furthermore, in the aforementioned Stirling engine manufacturing method, gas may be injected into the internal space and the axial through hole, and the displacer and the piston may be centered at the same time. According to this, the manufacturing process of a Stirling engine can be shortened.
以下、図1〜図20を用いて、本実施の形態のスターリングエンジンおよびその製造方法を説明する。本実施の形態のスターリングエンジンの基本構造は、図20に示すスターリングエンジンの構造と同様である。したがって、本実施の形態のスターリングエンジンの構造および機能については、図20に示すスターリングエンジンの構造および機能と異なる部分のみの説明がなされる。 Hereinafter, the Stirling engine and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The basic structure of the Stirling engine of the present embodiment is the same as the structure of the Stirling engine shown in FIG. Therefore, as for the structure and function of the Stirling engine of the present embodiment, only the parts different from the structure and function of Stirling engine shown in FIG. 20 will be described.
まず、図1〜図5を用いて、ディスプレーサ2、ロッド3、シリンダ4、およびピストン5を説明する。
First, the
図1〜図4に示すように、本実施の形態のディスプレーサ2は、ディスプレーサ2およびピストン5の往復運動により作動空間(圧縮空間)8において圧縮された作動媒体をディスプレーサ2内部に導く通気孔50を備えている。また、ディスプレーサ2は、その内部に、通気孔50に連通し、作動媒体を蓄える内部空間15を備えている。通気孔50の近傍には、作動空間(圧縮空間)8から内部空間15へ向かって作動媒体が流れることを許容するが、内部空間15から作動空間(圧縮空間)8へ向かって作動媒体が流れることを阻止する一方向弁(逆止弁)51が設けられている。さらに、ディスプレーサ2は、内部空間15とディスプレーサ摺動面11とシリンダ摺動面10との間の空間とを連通させるディスプレーサ貫通孔16を備えている。したがって、スターリングエンジンの運転中においては、一方向弁51が開き、作動空間(圧縮空間)8内の作動媒体が、連通孔50、内部空間15およびディスプレーサ貫通孔16を介してシリンダ4の内周面に向かって噴出され、ディスプレーサ2とシリンダ4との間でガスベアリングが形成される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
ディスプレーサ貫通孔16は、4つ設けられている。ディスプレーサ貫通孔16は、内部空間15内のガスをシリンダ摺動面10に向かって噴出させることが可能である。4つのディスプレーサ貫通孔16は、互いに同一の形状および同一の大きさであり、円周上において互いに90°ずつ隔てて設けられている。したがって、4つのディスプレーサ貫通孔16から噴出されるガスがシリンダ摺動面10に加える圧力のベクトルの総和はほぼゼロになる。
Four displacer through
図1〜図3および図5に示すように、本実施の形態のロッド3は、外部から内部空間15へガスを注入するために、その先端部17から内部空間15までロッド3の内部をロッド3が延びる方向に沿って貫通する軸方向貫通孔3aが設けられている。ロッド3の周辺には、ディスプレーサ貫通孔16と同様に、ロッド3内部の作動媒体をピストン内摺動面14に対して噴出させるためのロッド貫通孔18が設けられている。スターリングエンジンの運転中においては、作動空間(圧縮空間)8内の作動媒体が、連通孔50、内部空間15、および軸方向貫通孔3aを介して、ロッド貫通孔18から噴出され、それによって、ロッド3とピストン5との間でガスベアリングが形成される。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 5, the
ロッド貫通孔18は、4つ設けられている。4つのロッド貫通孔18は、互いに同一の形状および同一の大きさであり、円周上において互いに90°ずつ隔てて設けられている。したがって、4つのロッド貫通孔18から噴出されるガスがピストン内摺動面14に加える圧力のベクトルの総和はほぼゼロになる。
Four rod through
つまり、本実施の形態のスターリングエンジンは、その製造過程において、4つのディスプレーサ貫通孔16のそれぞれからシリンダ摺動面10に向かって同一流量のガスを噴出させることができるとともに、4つのロッド貫通孔18のそれぞれからピストン内摺動面14に向かって同一流量のガスを噴出させることができる。
That is, the Stirling engine of the present embodiment can eject the gas at the same flow rate from each of the four displacer through-
次に、実施の形態のディスプレーサ2およびピストン5のセンタリング方法を、図6〜図12を用いて説明する。なお、ディスプレーサ2およびピストン5のセンタリングとは、シリンダ4が構成する円筒形状の中心軸(X軸)とディスプレーサ2およびピストン5が構成する円柱形状の中心軸とをほぼ一致させることである。
Next, the centering method of the
まず、図6に示すように、ディスプレーサ2を圧力容器1内に固定されたシリンダ4内に挿入する。次に、図7に示すように、マグネットホルダ80が設置されたピストン5をシリンダ4内に挿入する。この時点においては、ディスプレーサ2は、ディスプレーサスプリング7に固定されていないとともに、ピストン5は、ピストンスプリング6に固定されていない。そのため、ピストン5とディスプレーサ2とは、シリンダ4内において、シリンダ4の内円のいずれの径方向にも、すなわち、前後左右のいずれにも位置を微小移動させることが可能である。なお、図7の状態においては、ピストン5の固定手段としてのピストンボルト22は、仮締めの状態である。
First, as shown in FIG. 6, the
次に、図13および図14に示すように、ガスを注入させるためのノズル19をロッド3の先端部17に挿入する。なお、図13は、ノズル19が軸方向貫通孔3aの先端部17に挿入される前の状態を示す図であり、図14は、ノズル19が軸方向貫通孔3aの先端部17に挿入された後の状態を示す図である。それにより、図8に示すような構造が得られる。その後、外部からノズル19および先端部17を通して、一定の圧力の矢印20で示すガスをロッド3の軸方向貫通孔3a内に注入する。
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, a
このとき、矢印20で示すガスは、図3および図5に示すように、先端部17およびロッド3の軸方向貫通孔3aを通った後、4つのロッド貫通孔18のそれぞれから一直線にピストン内摺動面14に向かってガスが噴出される。また、同時に、図3および図4に示すように、ガスは、内部空間15を通った後、4つのディスプレーサ貫通孔16のそれぞれから一直線にシリンダ摺動面10に向かって噴出される。
At this time, as shown in FIGS. 3 and 5, the gas indicated by the
ディスプレーサ貫通孔16から噴出されたガスによって、ディスプレーサ貫通孔16に対向する部分のシリンダ摺動面10に圧力がかかる。ディスプレーサ貫通孔16からシリンダ摺動面10までの距離が小さいほどシリンダ摺動面10にかかるガスの圧力が大きくなり、ディスプレーサ貫通孔16からシリンダ摺動面10までの距離が大きいほどシリンダ摺動面10にかかるガスの圧力が小さくなる。
Due to the gas ejected from the displacer through-
ディスプレーサ2の駆動中心軸の位置が、シリンダ4の駆動中心軸(図20のX)の位置からずれていることによって、シリンダ摺動面10とディスプレーサ摺動面11とが接触する部分が存在する場合には、シリンダ摺動面10にかかるガスの圧力はディスプレーサ貫通孔16からの距離に反比例するため、シリンダ摺動面10のディスプレーサ2と接触している部分は、他の摺動面と比べて、ガスにより大きな圧力がかかる。
Since the position of the drive center axis of the
ディスプレーサ2は、ディスプレーサスプリング7に固定されていないため、前述のガスの圧力によって、ガスの圧力の方向とは反対側に微小移動する。つまり、4つのディスプレーサ貫通孔16から噴出されるガスがシリンダ4の内周面に加える圧力のバランスをとるために、シリンダ摺動面10と4つのディスプレーサ貫通孔16のそれぞれとの間の距離は、ディスプレーサ2が微小移動することによって、ほぼ同一になる。その結果、シリンダ摺動面10とディスプレーサ摺動面11の間に一定幅の円筒の微小隙間が形成される。このとき、ロッド貫通孔18から噴出されるガスによって、ピストン5はディスプレーサ2の移動に追随して一旦センタリングされる。
Since the
次に、図9に示すように、ディスプレーサ固定手段としてのディスプレーサボルト21をロッド3の先端部17に締め付けることによって、ガスが内部空間15および軸方向貫通孔3a内に注入された状態で、ロッド3とディスプレーサスプリング7とが固定される。それにより、ディスプレーサ2のセンタリングが完了する。このとき、ピストン5は、ロッド3に固定されていないため、図8に示すようなピストン5がシリンダ4に対してセンタリングされた状態が、再度、図9に示すようなピストン5がシリンダ4に接触している状態に変化していることも考えられる。
Next, as shown in FIG. 9, the
さらに、図10に示すように、矢印20で示すように、ロッド3の先端部17の軸方向貫通孔3aにガスを再度注入すると、図3に示すように、ロッド貫通孔18から一直線にピストン内摺動面14に向かってガスが噴出される。このとき、ロッド3は、ディスプレーサ2がディスプレーサスプリング7に固定されているので、そのシリンダ4に対する相対的な位置が移動することはない。そのため、ピストンスプリング6に固定されていないピストン5が、ロッド摺動面12とピストン内摺動面14との間の間隔を一定にするように微小移動を行なう。すなわち、ピストン5とロッド3との間に、一定幅の厚さを有する円筒状の空間が形成される。
Further, as shown in FIG. 10, when the gas is again injected into the axial through
言い換えれば、ロッド3はその位置が既にセンタ位置に固定されているため、ロッド3に対して相対的にピストン5がセンタ位置に移動することになる。この状態で、仮締め状態のピストンボルト22を強く締め付けることによって、ピストン5とピストンスプリング6とを固定する。その結果、ピストン5は、シリンダ4に対してセンタリングされた状タで、その位置が固定される。それにより、図11に示すように、ピストン5のセンタリングが完了する。
In other words, since the position of the
その後、ノズル19を先端部17から取り外す。ただし、先端部17をそのままの状態で放置すると、スターリングエンジンを運転したときに、作動媒体が内部空間15からロッド3内の軸方向貫通孔3aを通って、先端部17から前述の背面空間9に向かって流れる。それにより、ピストン5の往復運動の振幅中心の位置は、圧力が低下した作動空間8側へ移動する。このように、作動空間8内の作動媒体の圧力が低下すれば、スターリングエンジンの運転効率が低下する。
Thereafter, the
また、ピストン5の振幅中心位置が初期設定位置からずれることにより、スターリングエンジンの運転中にピストン5とディスプレーサ2とが衝突するなどの問題が生じる。そのため、ピストン5およびディスプレーサ2のセンタリングが終了した後に、軸方向貫通孔3aの先端部17を何らかの閉塞部材で塞ぐことによって、作動空間8内の作動媒体が背面空間9内へ流れないようにする必要がある。
Further, when the amplitude center position of the
そこで、ノズル19を取り外した後、図12、図15および図16に示すように、先端部17と同じ径の突起物が形成されたロッドボルト23を先端部17に挿入する。その後、接着剤等で先端部17とロッドボルト23とを固定する。なお、図15は、貫通孔3aの先端部17を塞ぐためのロッドボルト23が貫通孔3aに挿入される前の状態を示す図であり、図16は、貫通孔3aの先端部17を塞ぐためのロッドボルト23が貫通孔3aに挿入された後の状態を示す図である。これによれば、貫通孔3aは、ロッドボルト23によって閉塞されるため、スターリングエンジンの運転中に内部空間15内の作動媒体が貫通孔3aを逆流することが防止される。
Therefore, after removing the
次に、図17〜図19を用いて、内部空間15および軸方向貫通孔3a内の作動媒体の逆流を防止する一方向弁すなわち逆止弁について説明する。
Next, a one-way valve, that is, a check valve, for preventing the backflow of the working medium in the
図17に示すように、前述のディスプレーサ2の内部空間15のロッド3側に一方向弁24を取り付ける。一方向弁24は、管路において、ある方向に流れるガスを通すが、ある方向とは逆の方向に流れるガスを通さない弁である。
As shown in FIG. 17, a one-
このディスプレーサ2の構造において、前述の図6〜図12に示す方法を用いてピストン5のセンタリングを行なう。図1〜図5に示す構造においては、スターリングエンジンの駆動に内部空間15から先端部17へ作動媒体が逆流することによって先端部17から作動媒体が漏れることを防止するために、図16に示すように、ロッドボルト23によって先端部17を塞ぐ必要がある。
In the structure of the
しかしながら、図17〜図19に示すような構造であれば、ディスプレーサ2の内部に一方向弁24が取り付けられているため、センタリングを行なうときに、ガスを先端部17から内部空間15へ流すことが可能であるとともに、スターリングエンジンが運転されているときに、作動媒体が内部空間15から先端部17へ逆流することを防止することができる。なお、図18は、一方向弁24が開いている状態を示す図であり、図19は、一方向弁24が閉じている状態を示す図である。
However, in the structure as shown in FIGS. 17 to 19, since the one-
したがって、図17〜図19に示す構造によれば、先端部17の軸方向貫通孔3aを閉塞部材を用いて塞がなくても、図11に示す構造が形成されたときに、ノズル19を先端部17から取り外すだけで、ピストン5およびディスプレーサ2のセンタリングを終了することができる。
Therefore, according to the structure shown in FIGS. 17 to 19, the
以上で本実施の形態のディスプレーサ2およびピストン5のセンタリングは終了する。その後、残りの部品が組み立てられ、作動媒体が圧力容器1内に充満されることによって、スターリングエンジンが完成する。
The centering of the
前述のスターリングエンジンおよびその製造方法によれば、ディスプレーサ2およびピストン5のそれぞれのセンタリングをほぼ同時にかつ容易に行なうことが可能になる。また、センタリング作業における人為的なセンタリング誤差が低減されるとともに、確実かつ短時間でセンタリングを行なうことができる。その結果、効率が高くかつ信頼性が高いスターリングエンジンを製造することができる。
According to the Stirling engine and the manufacturing method thereof, the centering of the
なお、本実施の形態においては、軸方向貫通孔3aの先端部17からガスを内部空間15に注入する手法が一例として示されたが、内部空間15内へガスを導入する経路は、軸方向貫通孔3aに限定されない。ディスプレーサ貫通孔16からガスが噴出されるように構成されているのであれば、シリンダ4内にピストン5およびディスプレーサ2が挿入された状態でガスを内部空間15内に導入するためのガスの供給経路は、軸方向貫通孔3a以外のいかなるものであっても、ディスプレーサのセンタリングという目的を達成することは可能である。
In the present embodiment, a method of injecting gas into the
また、本実施の形態では、作動媒体(冷媒ガス)として用いるヘリウム(不活性ガスの一例)以外のガスを用いてセンタリングを行なっているが、このガスの代わりに作動媒体を用いれば、センタリングのためのガスを吸い出す手間を省くことができる。ただし、ロッド3等に一方向弁が設けられている場合には、内部空間15内のガスを吸い出すことが困難であるため、作動媒体を用いてセンタリングすることが望ましい。
In this embodiment, centering is performed using a gas other than helium (an example of an inert gas) used as a working medium (refrigerant gas). However, if a working medium is used instead of this gas, the centering It is possible to save the trouble of sucking out the gas. However, when a one-way valve is provided on the
また、閉塞部材としてロックボルトを用いているが、他の閉塞部材として先端部17の軸方向貫通孔3aを接着材を用いて塞いでもよい。
Moreover, although the lock bolt is used as the closing member, the axial through
なお、スターリングエンジンの運転中においては、すなわち、ピストン5およびディスプレーサ2が往復運動しているときには、前述したロッド貫通孔18から作動媒体が噴出され、作動媒体がロッド3とピストン5との間でガスベアリングとして機能するとともに、前述したディスプレーサ貫通孔16から作動媒体が噴出され、その作動媒体がシリンダ4とディスプレーサ2との間でガスベアリングとして機能する。したがって、本実施の形態のスターリングエンジンの製造方法によれば、ガスベアリングのための貫通孔を有効に利用して、ディスプレーサおよびピストンのセンタリングを行なうことができる。
During operation of the Stirling engine, that is, when the
また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Further, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 圧力容器、2 ディスプレーサ、3 ロッド、3a 軸方向貫通孔、4 シリンダ、5 ピストン、 6 ピストンスプリング、7 ディスプレーサスプリング、8 作動空間、9 背面空間、10 シリンダ摺動面、11 ディスプレーサ摺動面、12 ロッド摺動面、13 ピストン外摺動面、14 ピストン内摺動面、15 内部空間、16 ディスプレーサ貫通孔、17 先端部、18 ロッド貫通孔、19 ノズル、20 矢印、21 ディスプレーサボルト、22 ピストンボルト、23 ロッドボルト、24 一方向弁。 1 pressure vessel, 2 displacer, 3 rod, 3a axial through hole, 4 cylinder, 5 piston, 6 piston spring, 7 displacer spring, 8 working space, 9 back space, 10 cylinder sliding surface, 11 displacer sliding surface, 12 Rod sliding surface, 13 Piston sliding surface, 14 Piston sliding surface, 15 Internal space, 16 Displacer through hole, 17 Tip, 18 Rod through hole, 19 Nozzle, 20 Arrow, 21 Displacer bolt, 22 Piston Bolt, 23 Rod bolt, 24 One-way valve.
Claims (7)
シリンダ内を往復運動するピストンと、
該ピストンと所定の位相差を有する状態で、前記シリンダ内を往復運動するディスプレーサと、
前記ディスプレーサに設けられ、前記ピストンの中心部に設けられた摺動孔を貫通するロッドとを備え、
前記ディスプレーサは、
その内部に設けられた内部空間と、
それぞれが前記内部空間から前記シリンダの内周面に向かって延びる複数のディスプレーサ貫通孔とを含み、
前記ロッドは、その軸方向に沿って延びるように設けられた軸方向貫通孔を有し、該軸方向貫通孔を塞ぐ閉鎖部材が設けられた、スターリングエンジン。 Free piston type Stirling engine,
A piston that reciprocates in the cylinder;
A displacer that reciprocates in the cylinder with a predetermined phase difference from the piston;
A rod provided in the displacer and penetrating a sliding hole provided in a central portion of the piston;
The displacer is
An internal space provided inside,
Each including a plurality of displacer through-holes extending from the internal space toward the inner peripheral surface of the cylinder,
The rod has an axial through hole provided so as to extend along the axial direction thereof, and a Stirling engine provided with a closing member for closing the axial through hole.
前記軸方向貫通孔を介して前記内部空間にガスを注入し、前記ディスプレーサ貫通孔から前記シリンダの内周面に向かってガスを噴出させることにより、前記ディスプレーサのセンタリングを行なう、スターリンングエンジンの製造方法。 A method of manufacturing a Stirling engine according to claim 1,
Manufacturing of a Stirling engine that performs centering of the displacer by injecting gas into the internal space through the axial through hole and ejecting gas from the displacer through hole toward the inner peripheral surface of the cylinder. Method.
前記軸方向貫通孔を介して前記内部空間にガスを注入し、前記ロッド貫通孔から前記ピストンの前記摺動孔に向かってガスを噴出させることにより、前記ピストンのセンタリングを行なう、スターリングエンジンの製造方法。 It is a manufacturing method of the Stirling engine of Claim 3,
Manufacturing of a Stirling engine that performs centering of the piston by injecting gas into the internal space through the axial through hole and ejecting gas from the rod through hole toward the sliding hole of the piston Method.
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