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JP2681076B2 - 熱放射加熱スターリングエンジン - Google Patents

熱放射加熱スターリングエンジン

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JP2681076B2 JP62190147A JP19014787A JP2681076B2 JP 2681076 B2 JP2681076 B2 JP 2681076B2 JP 62190147 A JP62190147 A JP 62190147A JP 19014787 A JP19014787 A JP 19014787A JP 2681076 B2 JP2681076 B2 JP 2681076B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリンダヘッドを加熱するように、特に太
陽熱利用に適する熱放射スターリングエンジンに関す
る。 （従来の技術） 外燃機関であるスターリングエンジンは、一般には、
膨張室と圧縮室との間にヒータ、蓄熱器及びクーラを介
して連通させ、ヒータを燃焼室内に配し、燃料室内の混
合気の燃焼エネルギーをヒータを介して作動ガスに伝熱
させる構成となっている。このような構成のスターリン
グエンジンに太陽熱を利用して作動ガスを加熱しようと
する場合、たとえば、第２図に示す構成を採用してい
る。 10は上下に串形に配置されたディスプレーサーピスト
ン、および11はパワーピストンであって、両者はＬ型ク
ランク12によってヘッド16を有するシリンダー13の中を
上下に運動してスターリングエンジンの可動部を構成す
る。14は再生熱交換器および15は冷却器である。そのシ
リンダーヘッド16は、シリンダ13と同材質の鋳鉄材等か
らなる凹面の剛体壁となっている。 図示例の作動は、ディスプレーサーピストン10が上下
に運動すると、シリンダ13の一方の室22に満たされてい
た作動ガス６が蓄熱器14、クーラ15を通って他方の室へ
と流れる。又、その逆の流れを作動ガスがするが、作動
ガス６はヒータ５を通る時加熱され、その加熱によっ
て、在来のスターリングエンジンと全く同様の作動原理
によって全体が作動しクランク軸22′より出力を生ず
る。その回転方向は矢印23の方向であり、その作動原理
は公知であるのでここでは省略する。 （本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は、太陽熱で加熱すると
きは第２図に一例に示すように、そのシリンンダーヘッ
ド16の凸面の剛体壁と、加熱管５等の剛体壁を太陽光線
４等によって外部から直接加熱し、壁からの熱をシリン
ダー内の作動ガス６に壁を通じて加熱するのが通常であ
った。そのため極めて重く熱伝達が悪くかつ応答が遅い
欠点があった。また、シリンダーヘッド16に透明壁が提
案された場合もあるが凸面で強度不十分であった。 それ故に、本発明は前述した従来技術の不具合を解消
させることを解決すべき課題とする。 （課題を解決するための手段とその作用） 本発明は、前述した課題を解決するために、基本的に
は、第１図に示すように、シリンダーヘッドの上部に石
英ガラスなどの透明材料で作った十分に耐圧性のある凹
面透明壁７を置いて壁とし、太陽光線４等をこの透明壁
７を通過させてシリンダーの内部に入射させるととも
に、前記凹面透明壁の内部には、黒色金網、セラミック
繊維、カーボンフェルトなどの通気性材料よりなりかつ
高熱伝導率の多孔質受孔材８を横に広く配置してそれを
該太陽光線４等によって直接に放射加熱するとともに、
シリンダー13の内部の作動ガス６が往復流動するさい該
多孔質受光材８の内部を通過して往復流動して多孔質内
内部熱伝達によって該多孔質受光材８から受熱して加熱
されるようにした強度と熱伝達の高いスターリングエン
ジンを構成するものである。 本発明では、ディスプレーサーピストン10が上下に運
動すると、シリンダー内部に充たされた作動ガス６が小
孔18等を通って冷却器15にいたる間の通路を往復流動す
るが、その間に該作動ガス６は熱放射線４等の供給する
熱を受けて発熱する熱伝達率の高い該多孔質受孔材８と
の間の熱伝達によって受熱して加熱される。 （実施例） 第１図は本発明の一実施例の断面図である。10は上下
に串形に配置されたディスプレーサーピストン、および
11はパワーピストンであって両者はＬ型クランク12によ
ってシリンダー13の中を上下に運動してスターリングエ
ンジンの可動部を構成する。14は再生熱交換器および15
は冷却器である。さて本実施例はそのシリンダーヘッド
16の上面に、石英ガラスなどの透明材料よりなる凹面の
透明壁７が耐圧壁の一部を構成するようにはめ込まれて
あって、任意の熱放射線や太陽光線４等を通過させて内
部に届くようにし、該透明壁の内側には、熱伝達率の高
い黒色の金網、セラミック繊維、カーボンフェルト、等
の任意の材質の通気性の多孔室受光材８が層状に置いて
あって、それに達する熱放射線４等を受光してそれらが
加熱されるように構成してある。また24は小孔18等を有
する多孔板である。 本実施例の特長は、耐圧性の高い凹面の透明壁７に加
えて、ディスプレーサーピストン10自体に多孔質受光材
８と再生熱交換器14とを搭載してあることである。 本実施例の作動は、Ｌ型クランク12の始動回転によっ
てディスプレーサーピストン10を上下に運動させると作
動ガス６が多孔質受光材８、多孔板24、再生熱交換器14
を貫流して上から下もしくは下から上に通過流動し上方
へ出るときは高温、下方へ出るときは低温となって、も
ってスターリングエンジンとしての作動を可動とし、ク
ランク軸から機械的出力を得る。その作動原理は、在来
のスターリングエンジンと全く同様である。 （効果） 以上のように本発明による熱放射加熱スターリングエ
ンジンは、本体の内部作動ガスを、透明壁を通じてくる
熱放射線を多孔質受光材にあてて、シリンダー内部で加
熱するものであって、外燃機関であったスターリングエ
ンジンを内燃機関によく似た内燃機関に変えるものであ
るが、従来の凸面の透明壁を用いたものに対し、凹面の
石英ガラス等の透明壁を用いていることから、内部ガス
圧により透明壁が圧縮方向に力を受け、石英ガラス等は
引っ張り強度にくらべ圧縮強度は極めて高いので本発明
は割れに対し極めて（格段に）強い強度を示す。即ち、
凸面の透明壁を用いる従来のものが高温高圧の内部圧に
より爆発することから危険であるのに対し、本発明のも
のは安全である。たとえ、異常現象があっても凹面の透
明壁は割れ（クラック）が入り作動ガスがすぐ抜けるの
みで極めて安全であって今までのものは実施できなかっ
たものである。 また、本発明では凹面の透明壁の内部に該多孔質受光
材を光に直角方向に横に広く配置してガスがそれを直角
に流動するようにするものであって、従来のものよりガ
スの流動抵抗が小さく、かつガスの熱伝達も高く、極め
て性能を向上させる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による熱放射加熱スターリングエンジン
の断面図であり、第２図は従来例を示す断面図である。 図中： 4;熱放射線（太陽光線等）、7;透明壁、8;多孔質受光
材、10;ディスプレーサーピストン、11;パワーピスト
ン、14;再生熱交換器、15;冷却器。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．クーラ、蓄熱器及びヒータを介してシリンダ内の作
    動室に作動ガスを供給し、該作動室を画定する作動ピス
    トン（ディスプレーサーピストン）を往復動させ、機械
    的出力を取出すスターリングエンジンにおいて、前記ヒ
    ータが前記シリンダのヘッドの部分に設けられた石英ガ
    ラスからなる凹面の透明壁及びその内部に位置する多孔
    質受光材とからなり、前記透明壁を通過してシリンダ内
    部に入った熱放射線によって前記多孔質受光材が加熱さ
    れ、作動ガスが前記多孔質受光材の内部を往復流動して
    該多孔質受光材から受熱し、前記多孔質受光材が金網、
    セラミックス繊維或いはカーボンフェルトの材質にして
    かつ高熱伝導率のものからなり、前記多孔質受光材と前
    記蓄熱器とが前記作動ピストン内に組込まれているか、
    もしくは前記多孔質受光材が前記凹面透明壁の内側に固
    定され別置きになっていることを特徴とする熱放射加熱
    スターリングエンジン。 ２．前記多孔質受孔が前記凹面透明壁の内側に固定され
    ている請求項１に記載の熱放射過熱スターリングエンジ
    ン。 ３．クーラ、蓄熱器及びヒータを介してシリンダ内の作
    動室に作動ガスを供給し、該作動室を画定する作動ピス
    トン（ディスプレーサーピストン）を往復動させ、機械
    的出力を取出すスターリングエンジンにおいて、前記ヒ
    ータが前記シリンダのヘッドの部分に設けられた透明
    壁、その内部に位置する多孔質受光材、及びシリンダ内
    部と前記多孔質受光材との間に小孔を有する多孔板とを
    有し、前記透明壁を通過してシリンダ内部に入った熱放
    射線によって照射されて前記多孔質受孔材が放射加熱さ
    れ、作動ガスがシリンダ内部から前記多孔板の小孔を介
    して前記多孔質受孔材の内部を往復流動して該多孔質受
    孔材から受熱することを特徴とする熱放射加熱スターリ
    ングエンジン。
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