JP5418885B2 - 高温用ステンレス鋼繊維焼結成形体、及び該成形体によるスターリング機関の熱再生器 - Google Patents
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Description
プレーサピストンdを配置し、前記パワーピストンaとクランク機構で連結するとともに、前記高温室bと低温室Cを結ぶ通路h内に、熱媒ガスを加温する加熱器e,熱再生器f、及び通過した熱媒ガスを冷却するクーラgを配置している。また最近では、こうしたクランク機構を備えることなく、全体を筒状ハウジング内に直列的に配置した内臓型のものも試みられている。
▲1▼再生器内部で熱媒ガスの温度を吸収緩和し、熱伝達しにくい特性であること。
▲2▼再生器内部を流通する熱媒ガスの流通抵抗が小さく、通気性に優れること、
▲3▼必要に応じて、再生器の系外に放熱できる構造であること、
▲4▼耐熱性に優れ、熱腐食や熱酸化等が少なく長寿命であること、
特許文献2 特開平7−19633号公報
特許文献3 特開昭63−68759号公報
前記ステンレス鋼繊維は、質量%で、C:0.08%以下、Si:0.4〜1.0%、Mn:0.8〜2.0%、Ni:12〜15%、Cr:17〜19%、Mo:2〜3%を含み、かつ次式(2)によるA値が84.0〜98.0%で、残部Fe及び不可避不純物でなるオーステナイト系ステンレス鋼でなることを特徴とする高温用のステンレス鋼繊維焼結成形体である。
※但し、供給加熱温度(T0)は300℃、供給時間は5sec間とする。
A=5.5Si+1.3Ni+4Cr+Mo ・・・・(2)
図1は本発明に係わる焼結成形体の一例として、図4に符号fで示すスターリング機関の熱再生器として用いられるものであって、その成形形状は、例えば厚さ5mm以上の厚肉品、具体的には外径100〜300mm,内径80〜250mm、厚さ10〜50mm程度の大きさで、かつ内部に微細空孔を設けた多孔質構造の円環状の成形体1(以下、単に成形体という場合もあり)をなす。なお該成形体1を前記熱再生器に用いる時は、前記高温室と低温室との間のガス流路3内に配置して前記熱媒用ガスが充満され、一方の一次面(本形態では高温室側)は該熱媒ガスが膨張して可動ピストンを動かすよう、例えば温度300〜700程度の任意な温度に加熱され、他方の二次面側は、前記膨張作用で透過した該熱媒ガスを冷却する冷却室に繋がるよう配置される。
A=5.5Si+1.3Ni+4Cr+Mo
予め成形品形状に調整された成形型を用意し、その型内に前記所定量のステンレス鋼繊維2を充填して、必要に応じて表面を押圧しながら加熱し焼結一体化するという従来公知の粉末や金技術がある。 この時、前記充填ないし焼結後に押圧するものでは、その押圧強度に伴って表面層がより大きく押圧されて密な空孔状態を得ることができる。したがって、その厚さ方向においてその中央側に向かって空孔密度や空孔径が勾配的に変化させることができ、このような分布状態の成形体では、熱媒ガスの一次側表面での緻密部分によって、該ガス流体の保持温度を効果的に吸収でき、その分、排出側での温度降下が図れ熱交換性が促進される。
以下、実施例により本発明の作用効果を更に説明する。
その熱緩衝効率は、高い熱伝導性であることに起因して40%程度に留まり、あまり大きな熱的降下作用は得られなかった。
2 ステンレス鋼繊維
f 熱再生器
Claims (7)
- 多孔質構造を備え、温度300℃以上の高温環境の用途に用いられる焼結成形体であって、
該成形体は、平均等価直径:5〜50μmとその直径の30〜2000倍の平均長さを持つステンレス鋼繊維のランダム分布と焼結によって成形され、平均空孔径:1〜40μm、比表面積:100cm2/g以上を有し、かつその上流一次面から温度(T0℃)に加熱された加熱流体を下流二次面側に送給圧力10Paで供給した時の、次式(1)による熱緩衝効率(η)が60〜95%であり、
前記ステンレス鋼繊維は、質量%で、C:0.08%以下、Si:0.4〜1.0%、Mn:0.8〜2.0%、Ni:12〜15%、Cr:17〜19%、Mo:2〜3%を含み、かつ次式(2)によるA値が84.0〜98.0%で、残部Fe及び不可避不純物でなるオーステナイト系ステンレス鋼でなることを特徴とする高温用ステンレス鋼繊維焼結成形体。
η=1−(二次面側での排出温度(T1)/一次面側の供給加熱流体の温度(T0))・・・・(1)
※但し、供給加熱温度(T0)は300℃、供給時間(t)は5sec間とする。
A=5.5Si+1.3Ni+4Cr+Mo ・・・・(2) - 前記ステンレス鋼繊維は、該横断面面積と等価の正円形状での周長に対し、1.2〜3倍の実周長Lを持つ不規則な凹凸形状をなし、かつ該凹凸がその軸方向に延びた稜と微小溝によって、増大した表面積を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の高温用ステンレス鋼繊維焼結成形体。
- 前記成形体は、前記平均等価直径の30〜100倍の平均長さを持つ前記オーステナイト系ステンレス鋼の短繊維が、直針状でかつ3次元ランダム方 向に配向した分布によって、内部に立体状の微細流路が形成されたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の高温用ステンレス鋼繊維焼結成形体。
- 前記成形体の前記熱緩衝効率(η)が、80〜90%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の高温用ステンレス鋼繊維焼結成形体。
- 請求項1〜4のいずれか記載の前記焼結成形体により、円環リング状に加圧焼結形成された焼結リング体でなることを特徴とするスターリング機関の熱再生器。
- 前記焼結リング体は、その上・下面又は上下面間のいずれかの位置に、その外周面にまで広がり、かつ前記焼結成形体より大きな熱伝導率を有する第二構成部材を更に積層配置してなることを特徴とする請求項5に記載のスターリング機関の熱再生器。
- 前記第二構成部材は、銅又は銅合金の線材を織製した粗メッシュ品であることを特徴とする請求項6に記載のスターリング機関の熱再生器。
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