JP5272266B2 - Light engine - Google Patents
Light engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP5272266B2 JP5272266B2 JP2009026258A JP2009026258A JP5272266B2 JP 5272266 B2 JP5272266 B2 JP 5272266B2 JP 2009026258 A JP2009026258 A JP 2009026258A JP 2009026258 A JP2009026258 A JP 2009026258A JP 5272266 B2 JP5272266 B2 JP 5272266B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- dead center
- piston
- gas
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 41
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 85
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光エンジンに係り、特に、外部からの光を入射させて駆動する光エンジンに関する。 The present invention relates to a light engine, and more particularly to a light engine that is driven by incident light from the outside.
従来より、太陽熱を用いて気体の加熱を行い、動力を得るエンジンが知られている。例えば、収束した太陽光により空気加熱管を加熱して高温高圧の空気をシリンダの熱空気室に送り、ピストンを押し出すと共に、はずみ車によりクランク軸の回転を持続し、熱空気吸入弁と熱空気排出弁を交互に開閉して、クランク軸の回転を持続するようにした熱空気エンジンが知られている(特許文献1)。 Conventionally, an engine that obtains power by heating a gas using solar heat is known. For example, the air heating tube is heated by converged sunlight, high-temperature and high-pressure air is sent to the hot air chamber of the cylinder, the piston is pushed out, and the crankshaft continues to rotate by the flywheel, and the hot air intake valve and hot air discharge A hot air engine is known in which the valves are alternately opened and closed to keep the crankshaft rotating (Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、シリンダの外部で加熱した高温高圧の空気をシリンダに送っているため、熱効率が低下してしまう、という問題がある。 However, the technique described in Patent Document 1 has a problem that heat efficiency is lowered because high-temperature and high-pressure air heated outside the cylinder is sent to the cylinder.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高い熱効率で、動力を得ることができる光エンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a light engine capable of obtaining power with high thermal efficiency.
上記の目的を達成するために本発明に係る光エンジンは、外部からの光を入射させるための窓を備え、断熱材で形成された第1シリンダと、前記窓側の前記第1シリンダ内にガスを封入するための第1ガス封入室を区画すると共に、前記第1シリンダ内に摺動可能に配置された第1ピストンと、一端が前記第1ピストンに連結され他端が前記第1シリンダの外部へ延出した第1連結棒と、前記第1ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、放熱材で形成された第2シリンダと、前記第2シリンダ内にガスを封入するための第2ガス封入室を区画すると共に、前記第2シリンダ内に摺動可能に配置された第2ピストンと、一端が前記第2ピストンに連結され他端が前記第2シリンダの外部へ延出した第2連結棒と、前記第1ガス封入室と前記第2ガス封入室とを連通する連通路と、前記第1ピストンが下死点方向に移動する第1工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第1ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、前記第1連結棒及び前記第2連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第1工程として、光の入射により前記第1ガス封入室のガスが膨張して前記第1ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第2ピストンを上死点で固定し、前記第1ピストンが下死点へ到達したときに、第2工程として、前記第1ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第2ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第1ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第2ピストンが下死点へ到達したときに、第3工程として、前記第1ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第2ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第1ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第2ピストンが上死点へ到達したときに、第4工程として、前記第1ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第2ピストンを上死点で固定するクランク機構と、を含んで構成されている。 Light engine according to the present invention in order to achieve the above object, provided with a window for light incidence from the outside, and a first cylinder formed of a heat insulating material, to the first cylinder of the window side A first gas sealing chamber for sealing gas is defined, a first piston slidably disposed in the first cylinder, and one end connected to the first piston and the other end connected to the first cylinder. The first connecting rod extending to the outside of the first connecting rod and the first gas-filled chamber is provided, absorbs visible light incident from the window, becomes high temperature, transfers heat to the gas, and emits infrared light. A light absorber, a selective reflection film that is provided in an inner region of the window, transmits visible light, and reflects infrared light; a second cylinder formed of a heat dissipation material; and the second cylinder When the second gas sealing chamber for sealing the gas is partitioned A second piston slidably disposed in the second cylinder; a second connecting rod having one end connected to the second piston and the other end extending outside the second cylinder; and the first a communication passage for communicating the second gas container and gas container, when before Symbol first piston is in the first step of moving the bottom dead center direction, the light from the outside through the window first A light incident control means for entering the gas sealing chamber, a crankshaft interlocking with the first connecting rod and the second connecting rod, and a flywheel fixed to the crankshaft; When the gas in the first gas sealing chamber expands due to the incidence of the first piston and the first piston moves in the direction of bottom dead center, the second piston is fixed at top dead center, and the first piston is bottom dead center. As the second step, the first piston is While moving from the dead center toward the top dead center, moving the second piston from the top dead center toward the bottom dead center, the first piston reaches the top dead center, and the second piston is bottom dead. When the point is reached, as a third step, the first piston is moved from top dead center toward bottom dead center, and the second piston is moved from bottom dead center toward top dead center. When the piston reaches bottom dead center and the second piston reaches top dead center, as a fourth step, the first piston is moved from bottom dead center toward top dead center, And a crank mechanism for fixing the two pistons at the top dead center.
本発明に係る光エンジンによれば、第1工程のときに、光入射制御手段によって、窓を介して外部からの光を第1ガス封入室に入射させる。このとき、光吸収体によって、窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第1ガス封入室のガスを加熱する。また、クランク機構によって、第1工程として、光の入射により第1ガス封入室のガスが膨張して第1ピストンが下死点方向に移動するときに、第2ピストンを上死点で固定する。 According to the light engine of the present invention, in the first step, the light incident control means causes light from the outside to enter the first gas sealing chamber through the window. At this time, visible light incident from the window is absorbed by the light absorber, becomes high temperature, transfers heat to the gas, emits infrared rays, and heats the gas in the first gas sealing chamber. Further, as a first step, the second piston is fixed at the top dead center when the gas in the first gas sealing chamber expands due to the incidence of light and the first piston moves in the direction of the bottom dead center by the crank mechanism. .
そして、第1ピストンが下死点へ到達したときに、クランク機構によって、第2工程として、第1ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、第2ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、第1ピストンが上死点へ到達し、かつ、第2ピストンが下死点へ到達したときに、第3工程として、第1ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、第2ピストンを下死点から上死点方向へ移動させる。 When the first piston reaches the bottom dead center, the crank mechanism moves the first piston from the bottom dead center toward the top dead center as a second step by the crank mechanism. When the first piston reaches the top dead center and the second piston reaches the bottom dead center, the first piston is moved from the top dead center to the bottom dead center direction. And the second piston is moved from the bottom dead center toward the top dead center.
そして、第1ピストンが下死点へ到達し、かつ、第2ピストンが上死点へ到達したときに、クランク機構によって、第4工程として、第1ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、第2ピストンを上死点で固定する。 When the first piston reaches the bottom dead center and the second piston reaches the top dead center, the crank mechanism moves the first piston from the bottom dead center toward the top dead center as a fourth step. While moving, the second piston is fixed at the top dead center.
このように、光吸収体により、第1シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第1ガス封入室のガスを加熱することによって、第1ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。 In this way, the light absorber absorbs the visible light incident from the window of the first cylinder, becomes high temperature, transfers heat to the gas, emits infrared rays, and heats the gas in the first gas sealing chamber. Since the first piston moves in the direction of the bottom dead center, power can be obtained with high thermal efficiency.
本発明の光エンジンは、第2ガス封入室の外部に設けられた冷却フィンを更に含むことができる。これによって、第2ガス封入室内のガスを冷却することができる。 The light engine of the present invention may further include a cooling fin provided outside the second gas sealing chamber. Thereby, the gas in the second gas filled chamber can be cooled.
本発明の光エンジンは、第2ガス封入室の外部に設けられ、かつ、第2ガス封入室を水冷する水冷部を更に含むことができる。これによって、第2ガス封入室内のガスを冷却することができる。 The light engine of the present invention may further include a water cooling unit that is provided outside the second gas sealing chamber and cools the second gas sealing chamber. Thereby, the gas in the second gas filled chamber can be cooled.
また、上記の光エンジンは、第2ガス封入室の内部に設けられた伝熱フィンを更に含むことができる。これによって、第2ガス封入室内のガスをより高速に冷却することができる。 The light engine may further include a heat transfer fin provided inside the second gas enclosure. Thereby, the gas in the second gas filled chamber can be cooled at a higher speed.
上記のガスを、赤外光を吸収するガスとすることができる。これによって、第1ガス封入室内のガスをより効率よく加熱することができる。 The gas may be a gas that absorbs infrared light. As a result, the gas in the first gas enclosure can be heated more efficiently.
また、上記ガスを、炭酸ガス、塩素ガス、及び2酸化窒素の何れか1つとすることができる。 Further, the gas may be any one of carbon dioxide gas, chlorine gas, and nitric oxide.
上記の第1シリンダ及び第2シリンダは、4組の第1シリンダ及び第2シリンダであって、クランク機構は、4組の第1シリンダ及び第2シリンダにおける工程が各々異なるように、クランク軸が、4組の第1シリンダ及び第2シリンダの第1連結棒及び第2連結棒に連動し、光入射制御手段は、第1工程となる何れかの第1シリンダの第1ガス封入室に、窓を介して外部からの光を入射させることができる。これによって、常時、何れかの組の第1シリンダ及び第2シリンダが第1工程となるため、連続して、動力を得ることができる。 The first cylinder and the second cylinder are four sets of the first cylinder and the second cylinder, and the crankshaft has a crankshaft so that the processes in the four sets of the first cylinder and the second cylinder are different from each other. Interlocking with the first connecting rod and the second connecting rod of the four sets of the first cylinder and the second cylinder, the light incident control means is placed in the first gas sealing chamber of any of the first cylinders which is the first step. it can be made incident light from the outside and through the window. Accordingly, since any pair of the first cylinder and the second cylinder is always in the first step, power can be continuously obtained.
上記の外部からの光を、太陽光とすることができる。 The light from the outside can be sunlight.
以上説明したように、本発明の光エンジンによれば、光吸収体により、第1シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、第1ガス封入室のガスを加熱することによって、第1ピストンが下死点方向に移動するため、高い効率で、動力を得ることができる、という効果が得られる。 As described above, according to the light engine of the present invention, the light absorber absorbs the visible light incident from the window of the first cylinder, becomes high temperature, transfers heat to the gas, and radiates infrared rays. By heating the gas in the one gas sealing chamber, the first piston moves in the direction of the bottom dead center, so that it is possible to obtain power with high efficiency.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、4気筒の光エンジンに本発明を適用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a four-cylinder light engine will be described as an example.
図1に示すように、第1の実施の形態に係る光エンジン10には、4気筒の各々について2つのシリンダで構成されるシリンダ群12と、シリンダ群12から延出した連結棒に連動するように接続されたクランク軸14と、クランク軸14に固定されたフライホイール16と、収束された太陽光を反射させる可動ミラー群18と、可動ミラー群18を駆動させる制御部19とを備えている。なお、クランク軸14及びフライホイール16が、本発明のクランク機構の一例である。可動ミラー群18及び制御部19が、本発明の光入射制御手段の一例である。
As shown in FIG. 1, the light engine 10 according to the first embodiment is interlocked with a
シリンダ群12は、4組の加熱用シリンダ20A〜20D及び冷却用シリンダ22A〜22Dから構成され、1組の加熱用シリンダ20及び冷却用シリンダ22が1気筒に相当する。
The
加熱用シリンダ20A〜20Dの各々は、図2に示すように、断熱材で形成された断熱シリンダ23と、断熱シリンダ23の上面の開口部に設けられた、光を入射させるための窓24とを備えている。また、窓24の内側の領域に、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射する選択反射膜26が設けられている。加熱用シリンダ20A〜20Dには、窓24を有し、かつ、断熱シリンダ23内にガスを封入するためのガス封入室30を区画すると共に、断熱シリンダ23内に摺動可能に配置されたピストン28と、ガス封入室30内に設けられ、かつ、窓24から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体32と、一端がピストン28に連結され他端が断熱シリンダ23の外部へ延出した連結棒34とが設けられている。
As shown in FIG. 2, each of the
加熱用シリンダ20A〜20D内に封入されるガスとして、赤外光を吸収しやすいガス(例えば、炭酸ガス)、または、可視光を吸収しやすいガス(例えば、塩素ガス、2酸化窒素)を用いる。また、出力が大きく得られるように、ガスを加圧して封入しておくことが好ましい。
As the gas sealed in the
断熱シリンダ23は、例えば、真空2重層のステンレスで形成され、赤外光を反射するように、内側の表面がアルミで蒸着されている。断熱シリンダ23及び選択反射膜26によって、光吸収体32により放射された赤外光はミラーボックスに閉じ込められ、効率よくガスに吸収される。 The heat insulating cylinder 23 is formed of, for example, a vacuum double layer of stainless steel, and the inner surface is vapor-deposited with aluminum so as to reflect infrared light. By the heat insulating cylinder 23 and the selective reflection film 26, the infrared light emitted by the light absorber 32 is confined in the mirror box and efficiently absorbed by the gas.
光吸収体32は、カーボンを吸着したアルミ製の細管式のラジエターで構成され、ピストン28に接続されると共にピストン28から浮かして設置される。光吸収体32は、図3に示すように、狭い間隙を作るラジエターが光路に対して斜めに取り付けられるように設置され、多重反射で効率よく光を吸収することができる。
The light absorber 32 is composed of an aluminum thin-tube radiator that adsorbs carbon, and is connected to the
冷却用シリンダ22A〜22Dの各々は、図4に示すように、熱伝導率の高い部材で形成された伝熱シリンダ36と、伝熱シリンダ36内にガスを封入するためのガス封入室38を区画すると共に、伝熱シリンダ36内に摺動可能に配置されたピストン40と、ガス封入室38内に設けられ、かつ、ガス封入室38内のガスを冷却するための伝熱フィン42と、一端がピストン40に連結され他端が伝熱シリンダ36の外部へ延出した連結棒44とを備えている。
As shown in FIG. 4, each of the cooling
伝熱シリンダ36は、例えば、銅やアルミで形成される。伝熱フィン42は、アルミや銅製のラジエターで構成され、ガスが伝熱フィン42を通過すると冷却される。伝熱フィン42は、伝熱シリンダ36に繋がって設置されている。 The heat transfer cylinder 36 is made of, for example, copper or aluminum. The heat transfer fins 42 are made of a radiator made of aluminum or copper, and are cooled when the gas passes through the heat transfer fins 42. The heat transfer fins 42 are connected to the heat transfer cylinder 36 and installed.
伝熱シリンダ36のガス封入室38の外部には、冷却フィン46が設けられ、伝熱シリンダ36を介して、ガス封入室38内のガスを冷却する。なお、冷却フィンではなく、伝熱シリンダ36を介して、ガス封入室38を水冷する水冷機構を用いても良い。 Cooling fins 46 are provided outside the gas sealing chamber 38 of the heat transfer cylinder 36, and the gas in the gas sealing chamber 38 is cooled via the heat transfer cylinder 36. In addition, you may use the water cooling mechanism which water-cools the gas enclosure chamber 38 via the heat transfer cylinder 36 instead of a cooling fin.
加熱用シリンダ20A〜20D及び冷却用シリンダ22A〜22Dの各ペアについて、ガス封入室30とガス封入室38とを連通させる連通路48A〜48Dが設けられている。
For each pair of the
加熱用シリンダ20A〜20Dから延出した連結棒34は、ピストン28の往復運動に連動してクランク軸14が回転するように、クランク軸14に連結されている。また、冷却用シリンダ22A〜22Dから延出した連結棒44は、ピストン40の往復運動に連動してクランク軸14が回転するように、クランク軸14に連結され、また、ピストン40の往復運動が間欠運動(1往復した後に1往復分休止する間欠運動)になるように、間欠機構を介して、クランク軸14に連結されている。
The connecting
光エンジン10による駆動対象物は、このクランク軸14の回転トルクによって駆動される。
An object to be driven by the light engine 10 is driven by the rotational torque of the
加熱用シリンダ20A〜20D間で、隣接するシリンダとのピストン28の動作が1サイクル分ずれるように、連結棒34がクランク軸14に連結され、また、冷却用シリンダ22A〜22D間で、隣接するシリンダとのピストン40の動作が1サイクル分ずれるように、連結棒44がクランク軸14に連結されている。
The connecting
また、加熱用シリンダ20A〜20Dと冷却用シリンダ22A〜22Dとの各ペアにおいて、ピストン28、40の動作が逆位相となるように(180°ずれるように)、連結棒34、44がクランク軸14に連結されている。これによって、加熱用シリンダ20A〜20Dと冷却用シリンダ22A〜22Dとのペア間で、常時、4サイクルからなる動作のサイクルが各々異なる。
Further, in each pair of the
クランク軸14の近傍には、加熱用シリンダ20A〜20Dの上死点前のクランク角度(BTDC)を検出するクランク角度センサ50A〜50Dが各々設けられている。
Crank
可動ミラー群18は、例えば集光双曲面鏡(図示省略)で収束した太陽光を反射して、加熱用シリンダ20A〜20Dの各々の窓24に対して入射させる可動ミラー18A〜18Dから構成される。可動ミラー18A〜18Dの反射面は、基準状態では、収束した太陽光が入射してくる光線上に位置しておらず、基準状態から駆動されると、可動ミラー18A〜18Dの反射面は、収束した太陽光が入射してくる光線上で、入射方向に対して傾斜した状態となり、太陽光を反射させて加熱用シリンダ20A〜20Dの窓24に対して入射させる。
The
制御部19は、CPU、ROM、及びRAMから構成され、クランク角度センサ50A〜50Dから出力される上死点前クランク角度に基づいて、収束した太陽光が入射してくる光線上で入射方向に対して反射面を傾斜させるように可動ミラー18A〜18Dの何れかを駆動させて、太陽光を反射させて加熱用シリンダ20A〜20Dのいずれかの窓24に対して入射させる。
The
次に、1組の加熱用シリンダ20A及び冷却用シリンダ22A(第1気筒)の動作について説明する。なお、クランク軸14が回転している場合について説明する。
Next, the operation of one set of
まず、サイクル1として、図5(A)に示すように、クランク軸14の慣性により、加熱用シリンダ20Aのピストン28を、下死点(BDC)から上死点(TDC)方向へ移動させると共に、間欠機構により、冷却用シリンダ22Aのピストン40を、上死点で固定させる。これによって、加熱用シリンダ20Aのガス封入室30内のガスが圧縮される。
First, as cycle 1, as shown in FIG. 5A, the
サイクル1により、加熱用シリンダ20Aのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達すると、制御部19により、サイクル2が開始されると判断されて、可動ミラー18Aの反射面が傾斜するように駆動され、窓24を介した太陽光の入射が開始される。このとき、サイクル2として、図5(B)に示すように、光吸収体32によりガス封入室30内のガスが加熱されて膨張しピストン28が下死点方向に移動するときに、間欠機構により、引き続き、冷却用シリンダ22Aのピストン40を上死点で固定させる。これによって、クランク軸14が回転駆動され、出力が取り出される。
When the crank angle of the
サイクル2により、クランク角度が下死点に到達すると、制御部19により、サイクル2が終了したと判断されて、可動ミラー18Aの反射面が基準状態(水平状態)になるように駆動され、窓24を介した太陽光の入射が終了する。このとき、隣の加熱用シリンダ20Bのクランク角度が所定の上死点前クランク角度に到達するため、制御部19により、隣の可動ミラー18Bの反射面が傾斜するように駆動され、窓24を介した太陽光の入射が開始される。
When the crank angle reaches the bottom dead center in cycle 2, the
また、サイクル2により、ピストン28が下死点へ到達したときに、サイクル3として、クランク軸14の慣性により、図5(C)に示すように、加熱用シリンダ20Aのピストン28を下死点から上死点方向に移動させると共に、冷却用シリンダ22Aのピストン40を上死点から下死点方向へ移動させる。これによって、加熱用シリンダ20Aのガス封入室30内のガスが連通路48Aを通って押し出される(排気される)と共に、冷却用シリンダ22Aのガス封入室38内にガスが取り込まれ(吸気され)、ガスが冷却される。
Further, when the
図5(D)に示すように、サイクル3により、ピストン28が上死点へ到達し、かつ、ピストン40が下死点へ到達したときに、サイクル4として、クランク軸14の慣性により、図5(E)に示すように、加熱用シリンダ20Aのピストン28を上死点から下死点方向へ移動させると共に、冷却用シリンダ22Aのピストン40を下死点から上死点方向へ移動させる。これによって、ガスが冷却されながら、冷却用シリンダ22Aのガス封入室38内のガスが連通路48Aを通って押し出される(排気される)と共に、加熱用シリンダ20Aのガス封入室30内にガスが取り込まれる(吸気される)。
As shown in FIG. 5D, when the
サイクル4により、ピストン28が下死点へ到達し、かつ、ピストン40が上死点へ到達したときに、再びサイクル1として、ピストン28を、下死点から上死点方向へ移動させると共に、ピストン40を、上死点で固定させる。
When the
以上説明したように、第1気筒である加熱用シリンダ20A及び冷却用シリンダ22Aでは、サイクル1〜サイクル4の動作が繰り返される。なお、サイクル1が、本発明の第4工程の一例であり、サイクル2が、本発明の第1工程の一例である。また、サイクル3が、本発明の第2工程の一例であり、サイクル4が、本発明の第3工程の一例である。
As described above, in the
第2気筒である1組の加熱用シリンダ20B及び冷却用シリンダ22Bについては、第1気筒の動作に対して1サイクル分遅れて同様に動作する(サイクル2を上述したサイクル1とし、サイクル3を上述したサイクル2とし、サイクル4を上述したサイクル3とし、サイクル1を上述したサイクル4として動作する)。第3気筒である1組の加熱用シリンダ20C及び冷却用シリンダ22Cについては、第1気筒の動作に対して2サイクル分遅れて同様に動作する(サイクル3を上述したサイクル1とし、サイクル4を上述したサイクル2とし、サイクル1を上述したサイクル3とし、サイクル2を上述したサイクル4として動作する)。第4気筒である1組の加熱用シリンダ20D及び冷却用シリンダ22Dについては、第1気筒の動作に対して3サイクル分遅れて同様に動作する(サイクル4を上述したサイクル1とし、サイクル1を上述したサイクル2とし、サイクル2を上述したサイクル3とし、サイクル3を上述したサイクル4として動作する)。
The pair of heating cylinders 20B and cooling
第1気筒〜第4気筒の動作サイクルを、以下の表1に示す。 The operation cycle of the first cylinder to the fourth cylinder is shown in Table 1 below.
以上のように動作することにより、常時、何れかの気筒の加熱用シリンダ(上述したサイクル2の加熱する工程となる加熱用シリンダ)でガスが加熱されて、クランク軸14が回転駆動され、クランク軸14の回転トルクから出力が得られる。
By operating as described above, the gas is always heated in the heating cylinder of any of the cylinders (the heating cylinder in the cycle 2 described above), and the
以上説明したように、第1の実施の形態に係る光エンジンによれば、光を熱に変換する光吸収体により、加熱用シリンダの窓から入射した可視光を吸収して、高温になりガスへ伝熱すると共に赤外放射し、ガス封入室内のガスを直接加熱することによって、ピストンが下死点方向に移動するため、高い熱効率で、動力を得ることができる。 As described above, according to the light engine according to the first embodiment, the light absorber that converts light into heat absorbs the visible light incident from the window of the heating cylinder and becomes a high temperature gas. Since the piston moves in the direction of the bottom dead center by transferring heat to the infrared ray and directly radiating the gas in the gas-filled chamber, power can be obtained with high thermal efficiency.
また、4気筒、4サイクルの光エンジンにおいては、何れかの気筒で加熱サイクルとなり、加熱サイクルとなる加熱用シリンダに、タイミングに合わせて太陽光を入射させるように可動ミラーの駆動を制御すことにより、常時どれか1つの加熱用シリンダで加熱することができ、常時、動力を得ることができる。 Also, in a four-cylinder, four-cycle light engine, a heating cycle is performed in any cylinder, and the drive of the movable mirror is controlled so that sunlight is incident on the heating cylinder, which is the heating cycle, in accordance with the timing. Thus, it is possible to always heat with any one of the heating cylinders and to always obtain power.
また、加熱用シリンダの窓の内側に選択反射膜を付けて、赤外光を反射させるため、加熱用シリンダからの熱損失を防ぐことができ、熱効率の低下を防ぐことができる。 Moreover, since the selective reflection film is attached inside the window of the heating cylinder to reflect the infrared light, heat loss from the heating cylinder can be prevented, and a decrease in thermal efficiency can be prevented.
また、冷却用シリンダに冷却フィン及び伝熱フィンを設けることにより、冷却用シリンダのガス封入室内のガスを急速に冷却することができる。 Further, by providing the cooling cylinder with the cooling fin and the heat transfer fin, the gas in the gas filled chamber of the cooling cylinder can be rapidly cooled.
次に、第2の実施の形態に係る光エンジンについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a light engine according to a second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第2の実施の形態の光エンジン210は、4サイクル、1気筒のエンジンであり、図6に示すように、1組の加熱用シリンダ20及び冷却用シリンダ22を備え、加熱用シリンダ20及び冷却用シリンダ22から延出した連結棒34、44が、クランク軸14に連結されている。
The
1組の加熱用シリンダ20及び冷却用シリンダ22の構成及び動作は、第1の実施の形態と同様であり、4サイクルの何れかで、加熱用シリンダ20でガスが加熱されて、クランク軸14が回転駆動され、クランク軸14の回転トルクから出力が得られる。
The configuration and operation of the pair of
なお、上記の実施の形態では、1気筒の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、2気筒以上のエンジンであってもよい。この場合には、2組以上の加熱用シリンダ及び冷却用シリンダを用いて構成すればよい。 In the above embodiment, the case of one cylinder has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and an engine having two or more cylinders may be used. In this case, what is necessary is just to comprise using 2 or more sets of heating cylinders and cooling cylinders.
また、上記の第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、外部からの太陽光を集光双曲面鏡で収束させて、可動ミラー群へ入射させた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、従来既知の他の方法により、太陽光を収束させて、可動ミラー群に収束させるようにしてもよい。 In the first embodiment and the second embodiment described above, the case where the sunlight from the outside is converged by the converging hyperboloid mirror and incident on the movable mirror group is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the sunlight may be converged and converged on the movable mirror group by another conventionally known method.
10、210 光エンジン
12 シリンダ群
14 クランク軸
16 フライホイール
18A〜18D 可動ミラー
18 可動ミラー群
19 制御部
20、20A〜20D 加熱用シリンダ
22、22A〜22D 冷却用シリンダ
23 断熱シリンダ
24 窓
26 選択反射膜
28、40 ピストン
30、38 ガス封入室
32 光吸収体
34、44 連結棒
36 伝熱シリンダ
42 伝熱フィン
46 冷却フィン
48A〜48D 連通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,210
Claims (8)
前記窓側の前記第1シリンダ内にガスを封入するための第1ガス封入室を区画すると共に、前記第1シリンダ内に摺動可能に配置された第1ピストンと、
一端が前記第1ピストンに連結され他端が前記第1シリンダの外部へ延出した第1連結棒と、
前記第1ガス封入室内に設けられ、かつ、前記窓から入射した可視光を吸収して、高温になり前記ガスへ伝熱すると共に赤外放射する光吸収体と、
前記窓の内側の領域に設けられ、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射させる選択反射膜と、
放熱材で形成された第2シリンダと、
前記第2シリンダ内にガスを封入するための第2ガス封入室を区画すると共に、前記第2シリンダ内に摺動可能に配置された第2ピストンと、
一端が前記第2ピストンに連結され他端が前記第2シリンダの外部へ延出した第2連結棒と、
前記第1ガス封入室と前記第2ガス封入室とを連通する連通路と、
前記第1ピストンが下死点方向に移動する第1工程のときに、前記窓を介して外部からの光を前記第1ガス封入室に入射させる光入射制御手段と、
前記第1連結棒及び前記第2連結棒に連動するクランク軸、及び前記クランク軸に固定されたフライホイールを備え、前記第1工程として、光の入射により前記第1ガス封入室のガスが膨張して前記第1ピストンが下死点方向に移動するときに、前記第2ピストンを上死点で固定し、前記第1ピストンが下死点へ到達したときに、第2工程として、前記第1ピストンを下死点から上死点方向に移動させると共に、前記第2ピストンを上死点から下死点方向へ移動させ、前記第1ピストンが上死点へ到達し、かつ、前記第2ピストンが下死点へ到達したときに、第3工程として、前記第1ピストンを上死点から下死点方向へ移動させると共に、前記第2ピストンを下死点から上死点方向へ移動させ、前記第1ピストンが下死点へ到達し、かつ、前記第2ピストンが上死点へ到達したときに、第4工程として、前記第1ピストンを下死点から上死点方向へ移動させると共に、前記第2ピストンを上死点で固定するクランク機構と、
を含む光エンジン。 A first cylinder provided with a window for allowing light from the outside to enter, and formed of a heat insulating material;
Together defining a first gas container for enclosing a gas to the window side of the first cylinder, a first piston disposed slidably within said first cylinder,
A first connecting rod having one end connected to the first piston and the other end extending to the outside of the first cylinder;
A light absorber that is provided in the first gas-filled chamber and absorbs visible light incident from the window, transfers heat to the gas at a high temperature, and emits infrared light;
A selective reflection film that is provided in a region inside the window, transmits visible light, and reflects infrared light;
A second cylinder formed of heat dissipating material;
A second gas sealing chamber for sealing a gas in the second cylinder, and a second piston slidably disposed in the second cylinder;
A second connecting rod having one end connected to the second piston and the other end extending to the outside of the second cylinder;
A communication path communicating the first gas sealing chamber and the second gas sealing chamber;
When prior Symbol first piston is in the first step of moving the bottom dead center direction, the light entrance control means through which light enters from the outside into the first gas-filled chamber through said window,
A crankshaft interlocking with the first connecting rod and the second connecting rod, and a flywheel fixed to the crankshaft are provided. As the first step, the gas in the first gas sealing chamber expands by the incidence of light. Then, when the first piston moves toward the bottom dead center, the second piston is fixed at the top dead center, and when the first piston reaches the bottom dead center, The first piston is moved from the bottom dead center toward the top dead center, the second piston is moved from the top dead center toward the bottom dead center, the first piston reaches the top dead center, and the second piston is moved. When the piston reaches the bottom dead center, as a third step, the first piston is moved from the top dead center toward the bottom dead center, and the second piston is moved from the bottom dead center toward the top dead center. The first piston reaches bottom dead center, and When the second piston reaches top dead center, as a fourth step, the first piston is moved from bottom dead center toward top dead center, and the second piston is fixed at top dead center. When,
Including light engine.
前記クランク機構は、4組の前記第1シリンダ及び前記第2シリンダにおける工程が各々異なるように、前記クランク軸が、4組の前記第1シリンダ及び前記第2シリンダの前記第1連結棒及び前記第2連結棒に連動し、
前記光入射制御手段は、前記第1工程となる何れかの前記第1シリンダの前記第1ガス封入室に、前記窓を介して外部からの光を入射させる請求項1〜請求項6の何れか1項記載の光エンジン。 The first cylinder and the second cylinder are four sets of the first cylinder and the second cylinder,
The crank mechanism includes four sets of the first cylinder and the second cylinder, the first connecting rod, and the second cylinder so that the processes in the four sets of the first cylinder and the second cylinder are different from each other. Interlocked with the second connecting rod,
The light incident control means, the first gas-filled chamber of one of said first cylinder to be the first step, of claims 1 to 6, light is incident from the outside and through the window The light engine according to any one of the preceding claims.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026258A JP5272266B2 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Light engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026258A JP5272266B2 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Light engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010180817A JP2010180817A (en) | 2010-08-19 |
JP5272266B2 true JP5272266B2 (en) | 2013-08-28 |
Family
ID=42762520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009026258A Active JP5272266B2 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Light engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5272266B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56154578U (en) * | 1980-04-18 | 1981-11-18 | ||
ATE166700T1 (en) * | 1994-12-08 | 1998-06-15 | Bomin Solar Holding Ag | DEVICE WITH A DRIVE AND A MACHINE DRIVEN BY THE DRIVE |
JP3521183B2 (en) * | 1999-03-15 | 2004-04-19 | 佐市 勘坂 | Heat engine with independently selectable compression ratio and expansion ratio |
-
2009
- 2009-02-06 JP JP2009026258A patent/JP5272266B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010180817A (en) | 2010-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4173123A (en) | Optically driven solar engine | |
JP2008528863A5 (en) | ||
US20180038310A1 (en) | Radiation thermal absorber based on characteristic absorption spectrum, and stirling engine and operation method thereof | |
CN108194222B (en) | Double-acting Stirling engine adopting composite heat source | |
WO2010149277A2 (en) | Non-stationary reciprocating solar thermal heat engine driven by pulsed concentrated solar irradiation | |
US20210190388A1 (en) | Stirling cycle based solar energy powered duplex cooler | |
US20110277472A1 (en) | Heat engine using solar energy | |
EP2580537A1 (en) | Apparatus and method for solar energy collection and conversion | |
JP5272266B2 (en) | Light engine | |
JP2011099599A (en) | Heat transport pipe | |
JP6494662B2 (en) | Variable volume transfer shuttle capsule and valve mechanism | |
JP3791472B2 (en) | Stirling engine | |
CN107762660B (en) | Heat returning structure and Stirling engine comprising same | |
US20120067041A1 (en) | Heat Engine | |
JP2009198084A (en) | Pulse pipe type heat storage engine | |
KR101614254B1 (en) | Solar Heat Collection Structure for Sterling Engine | |
KR101045872B1 (en) | Rotary heat engine | |
JPH10318042A (en) | Stirling engine | |
JP2008223484A (en) | Thermo-dynamic engine | |
KR20200037670A (en) | Stirling engine cylinder | |
KR101714186B1 (en) | Vane-rotor type stirling engine | |
BE1018375A3 (en) | IMPROVED DEVICE FOR CONVERSING THERMAL IN MECHANICAL ENERGY. | |
US4222241A (en) | Solar and wind energized power generation device | |
JP2007332927A (en) | Power plant and power generating device using the power plant | |
WO2016122299A1 (en) | Gas liquefaction system assisted by solar energy based on a cryogenic system with a reverse brayton cycle driven by a stirling engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130122 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130322 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130409 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130426 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5272266 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |