專利名稱：斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，是致力于提供結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的理想斯特林制冷機(jī)或斯特林引擎式發(fā)電機(jī)等斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。
斯特林制冷機(jī)或斯特林引擎式發(fā)電機(jī)等斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，有例如[T.OTAKA，et al.，EXPERIMENTAL STUDY ON A 100WCLASS STIRLING CYCLE COOLER，Proc.7th ICSC，95088，1995](以下稱A文獻(xiàn))和[A.BAUMULLER，et al.，SOLARSTIRLING R+D-ACTIVITIES IN GERMANY，proc.7th ICSC，95 IP02，1995](以下稱B文獻(xiàn))中記載的例子。
即，文獻(xiàn)A中記載了如

圖13所示結(jié)構(gòu)類型的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。
如圖所示，201是真空絕緣殼，202是冷卻壁，203是膨脹室，204是汽缸，205是風(fēng)扇，206是排出器，207是再生器，208是散熱器，209是管子，210是壓縮室，211是活塞，212是活塞桿，213是驅(qū)動盤，214是曲軸，215是驅(qū)動用馬達(dá)，216是曲軸室，217是旋轉(zhuǎn)編碼器，218是平衡重。
另外，據(jù)文獻(xiàn)所述，在該發(fā)動機(jī)上使用氦氣作為工作氣體，制冷能力為100W。
而文獻(xiàn)B記載的是如圖14所示適用于太陽能系統(tǒng)的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。
如圖所示，以曲軸221為基點(diǎn)在壓縮活塞222側(cè)配置汽缸體223、水管224、氣體冷卻器225、再生器226。另外，227是密封裝置。
并且，在膨脹活塞228側(cè)也設(shè)置密封裝置229。230是儲油槽，231是油過濾器，232是太陽光的采光部。
上述構(gòu)成形式存在以下問題。
上述文獻(xiàn)A和文獻(xiàn)B記載的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中任何一個在實(shí)際應(yīng)用中都存在很多問題，特別是在驅(qū)動部構(gòu)件的供應(yīng)或者構(gòu)成驅(qū)動部的構(gòu)件的購買方面有困難，所以，存在成本高的問題。
本發(fā)明基于這一點(diǎn)，目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單且價格便宜的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，一種能發(fā)揮理想功能的發(fā)動機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，如本發(fā)明的權(quán)利要求1所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于設(shè)有至少帶1個汽缸的殼體、裝在該殼體內(nèi)的電動元件、以及由該電動元件驅(qū)動的斯特林制冷機(jī)部分，上述汽缸作為上述斯特林制冷機(jī)部分的活塞或排出器的橫向?qū)к?；如?quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于設(shè)有至少帶1個汽缸的殼體、裝在該殼體內(nèi)的電動元件、以及斯特林制冷機(jī)部分，上述汽缸作為上述斯特林制冷機(jī)部分的活塞或排出器的橫向?qū)к?，并且，上述電動元件為發(fā)電機(jī)；如權(quán)利要求3所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)中，在并設(shè)的汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的活塞或排出器具有相位差；如權(quán)利要求4所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)中，在殼體的密封面上設(shè)有防止工作氣體泄漏的氣密墊圈；如權(quán)利要求5所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)中，在連接活塞或排出器的曲軸的至少一端設(shè)有飛輪。
即，根據(jù)本發(fā)明的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，使用現(xiàn)有的半封閉型壓縮機(jī)作為斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的驅(qū)動部，并在壓縮機(jī)的壓縮元件側(cè)連接斯特林循環(huán)機(jī)構(gòu)部分。
所以，可以簡單的構(gòu)成得到理想的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，例如斯特林制冷機(jī)、斯特林引擎式發(fā)電機(jī)。
圖1是將本發(fā)明的第1實(shí)施形式用作斯特林制冷機(jī)時，斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的縱斷正面圖。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施形式的示意圖，是從圖1中II-II方向所視的半剖圖。
圖3是本發(fā)明第1實(shí)施形式的示意圖，是圖1所示斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖4是將本發(fā)明的第1實(shí)施形式用作斯特林引擎式發(fā)電機(jī)時，斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的縱斷正面圖。
圖5是本發(fā)明第1實(shí)施形式的示意圖，是從圖4中V-V方向所視的半剖圖。
圖6是本發(fā)明第1實(shí)施形式的示意圖，是顯示圖4、圖5所示斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的制冷能力與溫度特性之間關(guān)系的特性圖。
圖7是本發(fā)明第1實(shí)施形式的示意圖，是顯示圖4、圖5所示斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的制冷系數(shù)與溫度特性之間關(guān)系的特性圖。
圖8是本發(fā)明第2實(shí)施形式的示意圖，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本發(fā)明第3實(shí)施形式的示意圖，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本發(fā)明第4實(shí)施形式的示意圖，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明第5實(shí)施形式的示意圖，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明第5實(shí)施形式的示意圖，是圖11所示斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖13是本發(fā)明第6實(shí)施形式的示意圖，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖14是文獻(xiàn)A所記載的結(jié)構(gòu)類型，是斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)構(gòu)成的縱斷正面圖。
圖15是文獻(xiàn)B所記載適合于太陽能系統(tǒng)的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的縱斷正面圖。
以下，參照圖1至圖7對本發(fā)明的第1實(shí)施形式進(jìn)行說明。
首先，參照圖1及圖2從斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的構(gòu)成開始說明，本實(shí)施形式的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)是作為斯特林制冷機(jī)進(jìn)行工作的。
本實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)100采用已有的壓縮機(jī)——例如半封閉形壓縮機(jī)作為其驅(qū)動部。首先從該壓縮機(jī)側(cè)進(jìn)行說明。
如圖1及圖2所示那樣，1是由設(shè)有汽缸2的鑄件形成的殼體。在該殼體1內(nèi)，由間隔壁3劃分成馬達(dá)室4和曲軸室5。在馬達(dá)室4中裝入電動元件6；在曲軸室5中裝入把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為往復(fù)運(yùn)動的機(jī)械部分7。該機(jī)械部分7用在半封閉形壓縮機(jī)上時起壓縮件的作用。
馬達(dá)室4的開口和曲軸室5的開口分別用封閉件8封閉，這些封閉件8用一組螺栓10，通過高氣密性密封墊圈9固定在殼體1上。并且，將高氣密性密封墊圈9裝在各構(gòu)件的接合部之間進(jìn)行密封。
在殼體1內(nèi)，曲軸12可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在間隔壁3的軸承部11上。電動元件6由定子13和轉(zhuǎn)子14構(gòu)成。其中，定子13固定在殼體1的馬達(dá)室4的內(nèi)周壁上；轉(zhuǎn)子14可轉(zhuǎn)動地裝在該定子13的內(nèi)周側(cè)，在該轉(zhuǎn)子14的中心固定曲軸12。15是端子箱，它將電動元件6與外部電源(圖中未畫出)連接起來。
機(jī)械部分7由曲柄部分16a、16b和連桿17a、17b以及橫向?qū)蝾^18a、18b構(gòu)成，并作為后面所述的斯特林制冷機(jī)的驅(qū)動裝置。其中，曲軸部分16a、16b在曲軸12的曲軸室5內(nèi)延伸；連桿17a、17b連接該曲柄部分16a、16b；橫向?qū)蝾^18a、18b裝在該連桿17a、17b的前端。另外，在曲軸12上安裝平衡重12a、12b，以取得與斯特林制冷機(jī)部分的平衡。橫向?qū)蝾^18a、18b可來回移動地配置在設(shè)于殼體1的汽缸2的內(nèi)壁上的橫向?qū)к?9a、19b內(nèi)。而且，氣缸2可起到橫向?qū)к壍淖饔茫龑?dǎo)橫向?qū)蝾^18a、18b。曲軸部分16a、16b設(shè)計成有90°相位差的形式。
斯特林制冷機(jī)部分20是通過在殼體1的曲軸室5的上部配置壓縮缸21，在壓縮缸21上配置膨脹缸22而構(gòu)成。
壓縮缸21由壓縮缸體24、壓縮活塞28及壓縮活塞桿30構(gòu)成。其中，壓縮缸體24，由螺栓23固定在殼體1上；壓縮活塞28，在壓縮缸體24的空間25內(nèi)來回滑動，將該空間壓縮成壓縮空間26，形成高溫室27；壓縮活塞桿30，其一端固定在壓縮活塞上，另一端由銷29a可轉(zhuǎn)動地連接在橫向?qū)蝾^18a上。在空間25內(nèi)來回滑動的壓縮活塞28在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)掉轉(zhuǎn)滑動方向，速度降為零，在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)附近速度降低，單位時間的容積變化量也減小，在從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)以及從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)移動的過程中，在各自的中心點(diǎn)達(dá)到最高速度，單位時間由活塞移動引起的容積變化量也達(dá)到最大。
膨脹缸22由膨脹缸體31、排出活塞36及排出活塞桿37構(gòu)成。其中，膨脹缸體31，由螺栓(圖中未畫出)固定在壓縮缸21的上部；排出活塞36，在膨脹缸體31的空間32內(nèi)來回滑動，并使該空間的上部膨脹成膨脹空間33，形成低溫室34，與此同時，使下部成為工作空間35；排出活塞桿37，其一端固定在該排出活塞上，另一端貫通壓縮缸體24由銷29b可自由轉(zhuǎn)動地連接在橫向?qū)蝾^18b上。排出活塞桿37在壓縮缸體24的貫通孔38上通過軸封裝置39進(jìn)行密封。
壓縮活塞28比排出活塞36落后90°的相位。并且，在壓縮活塞28和排出活塞36的滑動面上分別設(shè)有密封環(huán)40。
在壓縮缸體24和膨脹缸體31上形成連通壓縮空間26與工作空間35的連通孔41。
在膨脹缸體31上形成連通膨脹空間33與工作空間35的通路42，在該通路上順序設(shè)置冷卻外部的冷卻器43、儲冷器44以及散熱器45。
作為斯特林制冷機(jī)100的工作氣體和殼體1內(nèi)的封入氣體，可采用例如氦氣、氫氣和氮?dú)獾?，本?shí)施例中采用氦氣。另外，為了避免工作氣體從壓縮活塞28泄漏到殼體1內(nèi)，殼體1內(nèi)封入的氣體采用與工作氣體相同的氣體。
下面，利用簡圖對以下各實(shí)施形式進(jìn)行說明，圖3是將圖1中斯特林制冷機(jī)的構(gòu)成進(jìn)行簡化后的示圖。
該斯特林制冷機(jī)100是所謂“1個排出器+1個活塞，換熱器環(huán)形配置”的構(gòu)成形式。
首先，由電動元件6轉(zhuǎn)動曲軸12，曲軸室5內(nèi)的曲軸部分16a、16b以相差90°的相位轉(zhuǎn)動?？勺杂赊D(zhuǎn)動地連接在該曲軸部分16a、16b上的連桿17a、17b滑動，使安裝在該連桿前端的橫向?qū)蝾^18a、18b在設(shè)在氣缸2上的橫向?qū)к?9a、19b內(nèi)來回滑動。利用通過壓縮活塞桿30連接在連桿17a上的壓縮活塞28，在壓縮活塞28向上死點(diǎn)方向移動時壓縮在壓縮缸體24內(nèi)壓縮空間26中的工作氣體，并將該工作氣體從連通孔41導(dǎo)入工作空間35內(nèi)。導(dǎo)入工作空間35內(nèi)的工作氣體，利用配氣活塞36向下的移動排到散熱器45，排出活塞36是通過排出活塞桿37連接在連桿17a上的。而且，由散熱器45向外部放熱的工作氣體由儲冷器44被冷卻，通過冷卻器43流到膨脹空間33內(nèi)。根據(jù)排出活塞36的移動方向，工作氣體只在工作空間35和膨脹空間33間流動，而在工作空間35和膨脹空間33之間的流動不會導(dǎo)致壓力變動。即，單只在排出活塞36不產(chǎn)生壓縮或膨脹。
而且，當(dāng)排出活塞36在向下死點(diǎn)的移動過程中位于90°的位置，即速度為最大時，壓縮活塞28達(dá)到上死點(diǎn)，速度變?yōu)榱恪６鴫嚎s活塞28移向下死點(diǎn)時速度減慢，壓縮空間26內(nèi)的容積增長變化小，與此相對，排出活塞36的速度最大，工作空間35和膨脹空間33的容積變化大，所以，工作空間35內(nèi)的工作氣體向膨脹空間33內(nèi)移動。另外，當(dāng)排出活塞36到達(dá)下死點(diǎn)附近時，膨脹空間33內(nèi)的容積也達(dá)到最大。這時，壓縮活塞28處于向下死點(diǎn)運(yùn)動的過程中的中間位置，即轉(zhuǎn)動角為90°附近的位置，此時，速度也達(dá)到最大。因此，壓縮空間26內(nèi)的工作氣體開始膨脹，當(dāng)該工作氣體的壓力降低時，膨脹空間33內(nèi)的工作氣體在瞬間轉(zhuǎn)移到壓縮空間26內(nèi)，并同時開始膨脹而制冷。
在膨脹空間33內(nèi)冷卻后的工作氣體，當(dāng)排出活塞36移動到上死點(diǎn)時由于膨脹空間33縮小而從膨脹空間33排到冷卻器43中；在冷卻器43處與外部進(jìn)行熱交換而冷卻被冷卻物；并在儲冷器44中蓄熱；然后，在散熱器45中與外界氣體或水等介質(zhì)進(jìn)行熱交換；之后流入工作空間35內(nèi)；最后從該工作空間35通過連通孔41吸入壓縮空間26中。采用斯特林制冷機(jī)100反復(fù)進(jìn)行同樣的循環(huán)，可以冷卻至-30℃～-200℃的超低溫狀態(tài)。
在以上說明中壓縮活塞28與排出活塞36相差90°的相位，但即使將相位差設(shè)計在60°～120°的范圍，也可以發(fā)揮作為斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的功能。
另外，作為斯特林引擎式發(fā)電機(jī)而構(gòu)成的時候，可以將壓縮活塞28作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器43作為加熱器、并將儲冷器44作為再生器而構(gòu)成。
用作如上構(gòu)成的斯特林引擎式發(fā)電機(jī)的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)101其實(shí)施形式具體示于圖4及圖5中。
另外，在圖4及圖5中，與圖1、圖2及圖3中對應(yīng)的構(gòu)成部分標(biāo)有與圖1、圖2及圖3中相同的符號，以下省去說明。
在圖4及圖5中，46是倒U字形加熱器，該加熱器46是利用燃燒器等熱源46A進(jìn)行加熱的。47是再生器，該再生器47儲蓄熱源46A通過加熱器46加熱的工作氣體的熱量。48是冷卻器。49是動力活塞，它利用對工作氣體的加熱而膨脹所形成的壓力進(jìn)行工作。50是發(fā)電機(jī)，它向外部提供電源。另外，51是飛輪，它控制斯特林引擎轉(zhuǎn)矩的變動。
通過這樣的構(gòu)成，斯特林引擎式發(fā)電機(jī)用熱源46A的燃燒器加熱加熱器46，并使膨脹空間33的工作氣體吸熱而膨脹。此時，排出活塞36被壓向下死點(diǎn)。而且，到達(dá)下死點(diǎn)并轉(zhuǎn)換方向的排出活塞36，向上死點(diǎn)移動時，膨脹空間33內(nèi)的工作氣體從加熱器46通過再生器47和加熱器48流向壓縮空間26。這時，工作氣體的溫?zé)醿π钤谠偕?7中。流入該壓縮空間26的工作氣體由于其自身的壓力增大，而將壓縮活塞28向下死點(diǎn)壓下，利用作用在該壓縮活塞28頂端面上的壓力可轉(zhuǎn)動曲軸12，從而驅(qū)動發(fā)電機(jī)50。并且，作用在動力活塞49上的工作氣體，隨著排出活塞36向下死點(diǎn)方向的移動，通過加熱器48、再生器47及加熱器46而流向膨脹空間33內(nèi)。這時，工作氣體被儲存在再生器47內(nèi)的熱量加熱，然后再經(jīng)過熱源46A的燃燒器進(jìn)行加熱。通過反復(fù)進(jìn)行這些過程，使動力活塞49往返運(yùn)動，由連桿17a及曲柄部分16a轉(zhuǎn)動曲軸12來驅(qū)動發(fā)電機(jī)50。該發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生的電力從端子箱15供給外部。
圖6及圖7是本實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)的特性圖。其中，圖6是顯示低溫室平均氣體溫度(℃)與制冷能力(W)之間關(guān)系的特性圖；圖7是顯示低溫室平均氣體溫度(℃)與制冷系數(shù)(COP)之間關(guān)系的特性圖。
如圖6及圖7的各特性圖所示那樣，可以確認(rèn)本實(shí)施形式的設(shè)備，即使在-100℃～-200℃這樣極低溫的平均氣體溫度下，也具有高的制冷能力和制冷系數(shù)。
下面，參照圖8對本發(fā)明的第2實(shí)施形式進(jìn)行說明。該實(shí)施形式是作為斯特林制冷機(jī)工作的。
第2實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)102，是所謂“2個活塞、換熱器環(huán)形配置”的構(gòu)成形式。
另外，與上述第1實(shí)施形式對應(yīng)的構(gòu)成部分標(biāo)有與圖3中相同的符號，以下省去說明。
在圖8中，52是膨脹活塞。該膨脹活塞52配置在上述第1實(shí)施形式中所示的排出活塞36的位置。膨脹活塞52的構(gòu)成使其具有與壓縮活塞28同樣的功能，所以，通過增大斯特林制冷機(jī)102內(nèi)工作氣體填充空間的容積變化，可以提供制冷能力強(qiáng)的斯特林制冷機(jī)102。
另外，由于用來進(jìn)行熱交換的機(jī)器配置成環(huán)狀，所以，與上述第1實(shí)施形式的情況一樣，是所謂“換熱器環(huán)形配置”的構(gòu)成形式。在膨脹缸22的壓縮缸體24上順序設(shè)置冷卻器43、儲冷器44、散熱器45。而且，在散熱器45的下端設(shè)置與壓縮空間26連通的分流器53。
利用這種構(gòu)成，壓縮空間26內(nèi)的工作氣體由壓縮活塞28進(jìn)行壓縮，并從連通孔41通過分流器53排到散熱器45，然后，在該散熱器45處，向外部放熱后的工作氣體，在儲冷器44處被冷卻，并經(jīng)過冷卻器43流入膨脹空間33內(nèi)。利用膨脹活塞52向下的滑動使在壓縮空間26內(nèi)被壓縮的工作氣體流入該膨脹空間33。而且，由于壓縮活塞28的移動比膨脹活塞52落后90°的相位，所以，當(dāng)膨脹活塞52到達(dá)下死點(diǎn)附近時，壓縮活塞28正處于中間點(diǎn)附近，使壓縮空間26內(nèi)的壓力急劇下降，膨脹空間33內(nèi)的工作氣體在瞬間流入壓縮空間26內(nèi)，同時開始膨脹而制冷。并且，由于壓縮活塞28和膨脹活塞52在壓縮空間26和膨脹空間33內(nèi)壓縮工作氣體，所以，對于同樣的由1個活塞和1個排出器構(gòu)成的斯特林制冷機(jī)而言，因?yàn)楣ぷ鳉怏w的體積變化增大而提高了斯特林制冷機(jī)102的制冷能力。
另外，第2實(shí)施形式，也可以用于斯特林引擎式發(fā)電機(jī)，此時，將壓縮活塞28和膨脹活塞52作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器43作為加熱器、并將儲冷器44作為再生器而構(gòu)成。而且，壓縮活塞28和膨脹活塞52兩者都受到加熱的工作氣體膨脹所產(chǎn)生的壓力的作用，該壓力將活塞28、52向下壓，從而使曲軸12轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動發(fā)電機(jī)50。
下面，參照圖9對本發(fā)明的第3實(shí)施形式進(jìn)行說明。該實(shí)施形式是作為斯特林制冷機(jī)工作的。該實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)103是所謂“2個活塞、換熱器罐狀配置”的構(gòu)成形式。
另外，在該實(shí)施形式中，改變了上述第1實(shí)施形式中冷卻器43、儲冷器44、散熱器45的構(gòu)成，如圖9所示那樣，是在壓縮缸體24的上方另外設(shè)計成通過倒U字形的冷卻器54連接儲冷器55與散熱器56的形式。
其它的構(gòu)成與上述第1及第2實(shí)施形式的情況一樣，對應(yīng)部分采用與圖3及圖8中相同的符號，以下省去說明。
而且，這種情況與上述第2實(shí)施形式的情況相同，膨脹活塞52的構(gòu)成使其具有與壓縮活塞28同樣的功能，所以，對于同樣的由1個活塞和1個排出器構(gòu)成的斯特林制冷機(jī)而言，通過增大斯特林制冷機(jī)103內(nèi)工作氣體填充空間的容積變化，可以提供制冷能力強(qiáng)的斯特林制冷機(jī)103。
另外，用于進(jìn)行熱交換的機(jī)器不是配置成環(huán)狀，而是構(gòu)成別的形式，將倒U字形的冷卻器54、儲冷器55、散熱器56直聯(lián)設(shè)置。并且，將這種形式叫作“換熱器罐狀配置”？另外，第3實(shí)施形式，也可以用于斯特林引擎式發(fā)電機(jī)，此時，將上述壓縮活塞28和膨脹活塞52作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器54作為加熱器、儲冷器55作為再生器，并將散熱器56作為冷卻器而構(gòu)成。
下面，參照圖10對本發(fā)明的第4實(shí)施形式進(jìn)行說明。該實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)104是所謂“1個排出器+1個活塞，換熱器罐狀配置”的構(gòu)成形式。
在該實(shí)施形式中，分別設(shè)計兩組膨脹空間57和膨脹汽缸58，并且分別設(shè)置壓縮活塞59和排出活塞60。
而且，在與壓縮機(jī)側(cè)連接的時候，首先，左右的各壓縮活塞59分別通過2根壓縮活塞桿61、橫向?qū)蝾^62、以及連桿63連接在曲軸12的曲柄部分64上。
另外，左右的各排出活塞60將排出活塞桿65貫通壓縮活塞59的中心連接在曲軸12的曲柄部分66上。所謂換熱器罐狀配置是將倒U字形的冷卻器54、儲冷器55以及散熱器56直聯(lián)連接。
這時，壓縮活塞59和排出活塞60的相位差設(shè)定為90°。
雖然兩組斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的配置設(shè)計為180°的相位差，但也可以考慮兩組斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的平衡來設(shè)定。
另外，該形式中設(shè)計了兩組由“1個排出器+1個活塞”構(gòu)成的部分，且用于熱交換的設(shè)備不是環(huán)狀，而設(shè)置成別的構(gòu)成形式。當(dāng)然，雖然是“換熱器罐狀配置”，但也可以將換熱器作為環(huán)形配置。
并且，第4實(shí)施形式，也可以用于斯特林引擎式發(fā)電機(jī)，此時，將上述壓縮活塞28作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器54作為加熱器、儲冷器55作為再生器，并且，將散熱器56作為冷卻器而構(gòu)成。
下面，參照圖11對本發(fā)明的第5實(shí)施形式進(jìn)行說明。該實(shí)施形式是作為斯特林制冷機(jī)工作的。該實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)105是所謂“1個排出器+1個活塞，換熱器環(huán)狀配置”的構(gòu)成形式。
另外，與上述第1實(shí)施形式對應(yīng)的部分采用與圖1相同的符號，以下省去說明。
圖11中，在壓縮汽缸21的壓縮汽缸體24內(nèi)，設(shè)計壓縮活塞28和與該壓縮活塞28之間取得平衡的平衡活塞67通過活塞桿68a、68b可自由滑動地連接在橫向?qū)蝾^18a、18b上。壓縮活塞28和平衡活塞67利用曲軸12的曲柄部分69a、69b，相錯180°的相位進(jìn)行滑動。
在膨脹汽缸22的膨脹缸體31內(nèi)配置內(nèi)部為中空室70的敞開型排出活塞71。該排出活塞71使固定在壓縮缸體24上端的排出器導(dǎo)桿72進(jìn)入中空室70，利用2根壓縮彈簧73a、73b安裝成可自由滑動的形式，壓縮彈簧73a、73b是與該排出器導(dǎo)桿72的前端相對設(shè)置的。在排出器導(dǎo)桿72的壓縮彈簧73a、73b安裝部，設(shè)計間隔件75，間隔件75將中空室70分為2半，并將分別收納壓縮彈簧73a、73b的腔室劃分成氣體彈簧室74a、74b。
通過簡化示圖12，對圖11的斯特林制冷機(jī)105的構(gòu)成進(jìn)行說明。
當(dāng)壓縮空間26內(nèi)的工作氣體被壓縮活塞28壓縮時，排出活塞71使該壓縮后的工作氣體流入工作空間35和膨脹空間33。因此，工作空間35內(nèi)和膨脹空間33內(nèi)具有相同的高壓壓力，但是，僅由于排出器導(dǎo)桿72的粗度，使工作空間35側(cè)的排出活塞71頂面的受壓面積比膨脹空間33側(cè)的排出活塞71頂面小，所以，排出活塞71移動到下死點(diǎn)側(cè)，膨脹空間33內(nèi)的容積增大，而工作空間35內(nèi)的容積減小。這時，由于膨脹空間33和工作空間35之間的壓力差比中空室70內(nèi)的壓縮彈簧73a和氣體彈簧室74a的彈簧常數(shù)大，所以，排出活塞71移動到下死點(diǎn)側(cè)。并且，當(dāng)利用壓縮活塞28使工作氣體吸入壓縮空間26內(nèi)，并由于該工作氣體的流出而使膨脹空間33內(nèi)的工作氣體降低時，該膨脹空間33內(nèi)的壓力變得比中空室70內(nèi)的壓縮彈簧73a和氣體彈簧室74a的彈簧常數(shù)小，使排出活塞71向上死點(diǎn)移動。而且，利用壓縮活塞28的壓縮或吸入行程以及中空室70內(nèi)的壓縮彈簧73a、73b和氣體彈簧室74a、74b，排出活塞71可以來回滑動。
通過合理設(shè)計排出活塞71的自重、壓縮彈簧73a、73b的彈簧常數(shù)、氣體彈簧室74a、74b的彈簧常數(shù)、以及排出器導(dǎo)桿72的粗度(排出活塞71的端面的面積差)，可使排出活塞71以比壓縮活塞28超前90°的相位來回滑動。
利用平衡活塞67與壓縮活塞28相差180°相位的來回滑動，可以去掉曲軸12的平衡重。
另外，第5實(shí)施形式也可以用于斯特林引擎式發(fā)電機(jī)，此時，將上述壓縮活塞28作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器43作為加熱器、儲冷器44作為再生器，并將散熱器45作為冷卻器而構(gòu)成。
下面，參照圖13對本發(fā)明的第6實(shí)施形式進(jìn)行說明，該實(shí)施形式是作為斯特林制冷機(jī)工作的。該實(shí)施形式的斯特林制冷機(jī)106是所謂“1個排出器+1個活塞，換熱器罐狀配置”的構(gòu)成形式。
在該實(shí)施形式中，分別設(shè)計兩組壓縮汽缸57和膨脹汽缸58，并且分別設(shè)置壓縮活塞59和敞開型排出活塞71。
而且，在與壓縮機(jī)側(cè)連接的時候，首先，左右的各壓縮活塞59分別通過壓縮活塞桿61、橫向?qū)蝾^62、以及連桿63連接在曲軸12的曲柄部分64上。
在左右膨脹汽缸58的膨脹缸體75內(nèi)配置內(nèi)部為中空室70的敞開型排出活塞77。該排出活塞77，使固定在間隔板78上的排出器導(dǎo)桿79進(jìn)入中空室76內(nèi)，用2根壓縮彈簧80a、80b安裝成可自由滑動的形式。其中，間隔板78設(shè)在壓縮空間26與工作空間35之間；2根壓縮彈簧80a、80b與排出器導(dǎo)桿79的前端相對設(shè)置。在排出器導(dǎo)桿79的壓縮彈簧80a、80b安裝部，設(shè)計間隔件82，將中空室70分為2半，并將分別收納壓縮彈簧80a、80b的腔室劃分成氣體彈簧室81a、81b。
這時，壓縮活塞59和排出活塞77的相位差也設(shè)定為90°。
而且，兩組斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的配置相位差設(shè)計為180°。這種配置是考慮到兩組斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的平衡而設(shè)定的。
另外，這種情況下，由于設(shè)計了兩組“1個排出器+1個活塞”的構(gòu)成形式，且用于熱交換的設(shè)備不是環(huán)狀，而設(shè)置成別的形式。當(dāng)然，雖然是“換熱器罐狀配置”，但也可以將換熱器作成環(huán)形配置。
并且，第6實(shí)施形式，也可以用于斯特林引擎式發(fā)電機(jī)，此時，是將上述壓縮活塞28作為動力活塞、低溫室34作為高溫室、冷卻器54作為加熱器、儲冷器55作為再生器，且將散熱器56作為冷卻器而構(gòu)成。
如上所述那樣，采用本發(fā)明的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，可產(chǎn)生以下的效果1、由于使用現(xiàn)有的半封閉型壓縮機(jī)作為斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的驅(qū)動部，并為此在壓縮機(jī)的壓縮件側(cè)連接斯特林循環(huán)機(jī)構(gòu)部分，所以，可以簡單的構(gòu)成得到理想的斯特林制冷機(jī)或斯特林引擎式發(fā)電機(jī)等斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。
2、在用壓縮機(jī)的汽缸部作為橫向?qū)к壍臅r候，可望消除芯振、降低機(jī)械損失、防止汽缸損傷。
3、當(dāng)壓縮機(jī)殼體的密封面上設(shè)計氣密墊圈的時候，可防止工作氣體的非正常泄漏。
權(quán)利要求
1.一種斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于設(shè)有至少帶1個汽缸的殼體、裝在該殼體內(nèi)的電動元件、以及由該電動元件驅(qū)動的斯特林制冷機(jī)部分；上述汽缸作為上述斯特林制冷機(jī)部分的活塞或排出器的橫向?qū)к墶?br> 2.一種斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于設(shè)有至少帶1個汽缸的殼體、裝在該殼體內(nèi)的電動元件、以及斯特林制冷機(jī)部分；上述汽缸作為上述斯特林制冷機(jī)部分的活塞或排出器的橫向?qū)к?，并且，上述電動元件為發(fā)電機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或如權(quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在并設(shè)的汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的活塞或排出器之間具有相位差。
4.如權(quán)利要求1或如權(quán)利要求2所述的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在殼體的密封面上設(shè)有防止封入氣體泄漏的氣密密封圈。
5.一種斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)，其特征在于在連接活塞或排出器的曲軸的至少一端，設(shè)有飛輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī),設(shè)有至少帶1個汽缸的殼體、裝在該殼體內(nèi)的電動元件、以及由該電動元件驅(qū)動的斯特林制冷機(jī)部分,上述汽缸作為上述斯特林制冷機(jī)部分的活塞或排出器的橫向?qū)к?由于使用現(xiàn)有的半封閉型壓縮機(jī)作為斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)的驅(qū)動部,并為此在壓縮機(jī)的壓縮件側(cè)連接斯特林循環(huán)機(jī)構(gòu)部分,所以,可以簡單的構(gòu)成得到理想的斯特林制冷機(jī)或斯特林引擎式發(fā)電機(jī)等斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。
文檔編號F02G1/043GK1188849SQ97122270
公開日1998年7月29日 申請日期1997年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月14日
發(fā)明者関谷弘志, 井上貴至 申請人:三洋電機(jī)株式會社