(57)【要約】【課題】シリンダヘッド部４を囲う燃焼室１０に配置したバーナ１１でシリンダヘッド部を加熱するようにしたスターリングエンジンにおいて、バーナの排気熱を効率よく回収して、エンジンの高効率化を図る。【解決手段】燃焼室１０の排気口１０ａに、シリンダヘッド部４に対向させて、通気性を有する輻射体１７を設ける。バーナ１１の燃焼排ガスにより輻射体１７が赤熱され、輻射体１７からの輻射エネルギーでシリンダヘッド部４が加熱される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッド部を囲う燃焼室を備え、燃焼室に配置したバーナによりシリンダヘッド部を加熱するようにしたスターリングエンジンにおいて、
燃焼室に設ける燃焼排ガスの排気口に、シリンダヘッド部に対向させて、通気性を有する輻射体を配置し、燃焼排ガスの熱で輻射体を赤熱させるようにしたことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
前記バーナに供給する燃焼用空気を前記排気口に連なる排気通路に流れる燃焼排ガスの熱で予熱する空気予熱器を設けることを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン本体のシリンダヘッド部を囲う燃焼室を備え、燃焼室に配置したバーナによりシリンダヘッド部を加熱するようにしたスターリングエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリングエンジンは、シリンダ内に、ディスプレーサとパワーピストンとを収納し、シリンダヘッド部とディスプレーサとの間に画成される膨張空間と、ディスプレーサとパワーピストンとの間に画成される圧縮空間とを再生器を介して連通させ、シリンダ内の作動ガスを膨張空間側で加熱、圧縮空間側で冷却することにより動力を得る再生式外燃機関である。
【０００３】
そして、従来、シリンダヘッド部を囲う燃焼室を備え、燃焼室に配置したバーナによりシリンダヘッド部を加熱して、膨張空間側での作動ガスの加熱を行うようにしたスターリングエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、このものでは、バーナに供給する燃焼用空気を燃焼室に連なる排気通路に流れる燃焼排ガスの熱（排気熱）で予熱する空気予熱器を設け、エンジンの出力効率を空気予熱器による排熱回収で向上させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−４６１５１号公報（第１〜２頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く排気熱で燃焼用空気を予熱すると火炎温度が上昇し、少ないガス量で必要なエンジン出力が得られるようになり、エンジンの出力効率が向上する。一方、燃焼用空気温度が高温になると燃焼速度が増加し、バーナからのガス空気予混合気の噴出速度よりも燃焼速度が速くなって、逆火を生ずる可能性がある。また、火炎温度が高くなることで、バーナの耐久性も悪化する。そのため、燃焼用空気を一定温度（約３００℃）以上には予熱できず、排気熱による空気予熱を通しての高効率化には限度がある。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、バーナの逆火や耐久性の悪化といった不具合を生ずることなく、排気熱を利用して高効率化を図れるようにしたスターリングエンジンを提供することをその課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、エンジン本体のシリンダヘッド部を囲う燃焼室を備え、燃焼室に臨ませて設けたバーナによりシリンダヘッド部を加熱するようにしたスターリングエンジンにおいて、燃焼室に設ける燃焼排ガスの排気口に、シリンダヘッド部に対向させて、通気性を有する輻射体を配置し、燃焼排ガスの熱で輻射体を赤熱させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、排気熱が輻射体の赤熱で輻射エネルギーに変換され、この輻射エネルギーによりシリンダヘッド部が加熱され、エンジンの出力効率が向上する。そして、このものでは、燃焼用空気を予熱する方式と異なり、バーナの逆火や耐久性の悪化といった不具合を生じない。
【０００９】
尚、バーナに供給する燃焼用空気を排気口に連なる排気通路に流れる燃焼排ガスの熱で予熱する空気予熱器を設ければ、輻射体で輻射エネルギーに変換されなかった排気熱を燃焼用空気の予熱を通して回収でき、一層の高効率化を図れる。換言すれば、空気予熱方式での排気熱の回収率をバーナの逆火や耐久性の悪化といった不具合を生じないように制限し、これによる回収率の低下を輻射体による輻射エネルギーへの変換で補償することにより、エンジンの出力効率を可及的に向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１はスターリングエンジンのエンジン本体となるシリンダを示している。シリンダ１内には、ディスプレーサ２とパワーピストン３とが摺動自在に収納されている。そして、シリンダ１の上端のシリンダヘッド部４とディスプレーサ２との間に画成される膨張空間５と、ディスプレーサ２とパワーピストン３との間に画成される圧縮空間６とを連通路７を介して連通させている。連通路７には、再生器８と、圧縮空間６側の冷却器９とが介設されている。また、シリンダヘッド部４を囲う燃焼室１０を設け、燃焼室１０に配置したバーナ１１によりシリンダヘッド部４が加熱されるようにしている。
【００１１】
ディスプレーサ２が上昇する過程では、シリンダ１内の作動ガス（空気、ヘリウム等）が膨張空間５から連通路７を通って圧縮空間６に移動し、この際、再生器８と冷却器９とにより作動ガスが冷却されるため、パワーピストン３上部の圧力は減少する。一方、ディスプレーサ２が下降する過程では、作動ガスが圧縮空間６から連通路７を通って膨張空間５に移動する。この際、作動ガスは再生器８で加熱されると共に、バーナ１１によりシリンダヘッド部４を介して加熱されるため、パワーピストン３上部の圧力は増加する。このように、ディスプレーサ２の往復運動によって作動ガスの圧力変動を生じ、この圧力変動を受けてパワーピストン３が往復運動する。
【００１２】
ここで、ディスプレーサ２とパワーピストン３は、シリンダ１の下端のクランクケース１２内に軸支したクランク軸１３に、パワーピストン３がディスプレーサ２に対し９０度の位相遅れを持つように位相差を存して連結されている。そして、パワーピストン３の往復運動がクランク軸１３の回転運動に変換され、クランク軸１３に連結した図外の発電機等が駆動される。
【００１３】
バーナ１１には、図外の給気ファンに連なる給気通路１４が接続されている。給気通路１４の下流部には、ガスノズル１５が装着されており、ガスノズル１５からの燃料ガスと給気ファンからの燃焼用空気との予混合気がバーナ１１に供給される。ここで、バーナ１１は、燃焼室１０の上部に下向きに配置されており、燃焼室１０の下部に環状の排気口１０ａを形成して、バーナ１１の燃焼排ガスが燃焼室１０から排気口１０ａを介してその周囲一側に連通する排気通路１６に排出されるようにしている。
【００１４】
排気口１０ａには、シリンダヘッド部４に対し径方向に対向する環状の輻射体１７が設けられている。輻射体１７は、炭化珪素繊維等の耐火繊維のマット状集合体や耐火物多孔体から成るもので、通気性を持つ。そして、燃焼排ガスが輻射体１７を通過して流れることにより、輻射体１７が燃焼排ガスの熱（排気熱）で赤熱される。そして、輻射体１７からの輻射エネルギーによりシリンダヘッド部４が加熱される。このように、排気熱が輻射エネルギーとして回収されて、シリンダヘッド部４の加熱に利用されることになり、エンジンの出力効率が向上する。
【００１５】
また、排気通路１６を給気通路１４と交差するように配置し、両通路の交差部にクロスフロー型の熱交換器から成る空気予熱器１８を設けて、給気通路１４に流れる燃焼用空気が排気通路１６に流れる燃焼排ガスの熱で予熱されるようにしている。ここで、燃焼用空気の予熱温度は、バーナ１１の逆火や耐久性の悪化を防止する上で、所定温度（約３００℃）以下に抑える必要があり、空気予熱だけでは排気熱の回収率を十分に向上させることが困難である。これに対し、本実施形態のように排気熱を輻射エネルギーとして回収する手段を併用することにより、排気熱の回収率を可及的に向上させて、高効率化を図れる。
【００１６】
また、上記実施形態では、燃焼室１０の下部の環状の排気口１０ａに輻射体１７を設けたが、図２に示す第２実施形態のように、燃焼室１０の下部に環状のバーナ１１を配置して、燃焼室１０の上部に形成した排気口１０ａに、シリンダヘッド部４に対し軸方向に対向するように輻射体１７を設けても良い。
【００１７】
以上、クランク機構を介して動力を取り出すスターリングエンジンについて説明したが、クランク機構を用いずに動力を取り出すフリーピストン式のスターリングエンジンにも同様に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の模式的な断面図。
【図２】本発明の第２実施形態の模式的な断面図。
【符号の説明】
１…シリンダ（エンジン本体）、４…シリンダヘッド部、１０…燃焼室、１０ａ…排気口、１１…バーナ、１６…排気通路、１７…輻射体、１８…空気予熱器
【図１】
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【図２】
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