JPH0639942B2 - スタ−リング機関の熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スターリング機関の熱交換器を構成するシ
リンダヘッドの構造に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は特開昭52-25952号公報に記載されたディスプレ
ーサ形スターリング機関の熱交換器を示す断面図であ
る。図において、１は高温シリンダ、１ａは膨脹室、２
は高温シリンダ１の周囲に同心円環状に構成された再生
器ハウジング、２ａは再生器室、３は該再生器ハウジン
グ２に対し、オーリングシール３ｂと固定ボルト１０２
とにより密封固定される低温シリンダ、３ａは圧縮室で
ある。４は上記高温シリンダ１のヘッド面から上記再生
器ハウジング２のヘッド部へ放射状に配管された複数の
ヒータ管、５は金網等で構成された同心円環状の再生器
充填物である。６は該再生器充填物５の下方に配置され
た同心円環状クーラ、６ａは該同心円環状クーラ６にロ
ウ付等で組立られた冷却管、６ｂ、６ｃは上記同心円環
状クーラ６を外気と密閉するためのオーリングシールで
ある。７，８はクーラ６を冷却するための冷却水入口
管、冷却水出口管である。

また、９は中空密閉構造のディスプレーサ、１０は該デ
ィスプレーサ９に装着されたガスシールリング、１１は
動力ピストン、１０１は上記動力ピストン１１の中心軸
部に設けられ、ディスプレーサロッド１３をシールする
ロッドシール、１４は上記動力ピストン１１に固定され
た動力ピストンロッドである。低温シリンダ３の下部は
上記ディスプレーサ９と上記動力ピストン１１とを所定
の位相差で往復動させるクランク機構及び各々のコンロ
ッドを備えたクランクケースとなっている。

次に動作について説明する。

ディスプレーサ形スターリング機関では、ヒータ管４、
クーラ６を各々連続的に加熱冷却することにより、作業
流体を膨脹、圧縮させ、該作業流体を熱交換器内に往復
流動させる。即ち、作業流体は、ヒータ管４から再生器
室内部に充填された再生器充填物５を介してクーラ６
へ、又はその逆方向に流動する。そして、ヒータ管４へ
の加熱エネルギが各ピストンの往復動を介してクランク
軸の回転軸の回転エネルギに変換される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、従来のディスプレーサ形スターリング機関の
熱交換器においては以下のような問題点がある。即ち、
高温シリンダ１と再生器ハウジング２の構成において、
それらは内圧１０〜６０気圧に耐えなければならないと
いう必要性から設計上各々の壁の肉厚が厚くなり、その
結果、上記高温シリンダ１から再生器ハウジング２を介
してクーラ６への熱伝導損失が大きくなって、エンジン
の熱効率が悪くなってしまう。また、上記高温シリンダ
１と上記再生器ハウジング２との接合部で大きな断面積
変化があり、このため溶接応力の外に大きな熱応力集中
が発生し、破損しやすいという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高温シリンダからクーラへの熱伝導損失及び
高温シリンダと再生器ハウジングとの接合部での熱応力
集中を低減させて、機関の熱効率及び耐久性の向上を図
ることのできるスターリング機関の熱交換器を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスターリング機関の熱交換器は、その円
筒部が再生器ハウジングとなるドーム状シリンダヘッド
と、その頂部が上記ドーム状シリンダヘッドの頂部に嵌
合して、その球形部と上記ドーム状シリンダヘッドの球
形部との間にガス通路が形成され、その円筒部と上記ド
ーム状シリンダヘッドの円筒部との間に再生器室が形成
される，その内部空間が膨張室となるドーム状分割ライ
ナと、上記ドーム状シリンダヘッドの適宜箇所に複数個
設けられ、各々が外管及び該外管内にすきまをもって嵌
挿された内管からなるアニュラー状ヒータ管とを有し、
上記外管の一端が閉塞し、他端を上記ドーム状シリンダ
ヘッドに接合して上記ガス通路に連通するようにし、上
記内管の一端を開放し、他端を上記ドーム状分割ライナ
に接合して上記膨張室に連通するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、シリンダヘッドがドーム状である
ため、断面積変化が少なくなり、且つ、このドーム状シ
リンダヘッドとこれに嵌挿されるドーム状分割ライナと
によって再生器とこれに連通するガス通路を形成し、こ
のドーム状シリンダヘッドにその外管が接合し、分割ラ
イナにその内管が接合してなるアニュラー状ヒータ管を
通して上記ガス通路にガスが送出されるため、ドーム状
シリンダヘッドの温度分布を小さくすることができ、こ
れにより、シリンダヘッドの熱応力が小さくなり、シリ
ンダヘッドを薄肉化することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例を示す断面図である。図中、第２
図と同一符号は同一の部分を示す。１５はドーム状に形
成されたシリンダヘッドであり、その円筒部１５ｂは再
生器ハウジングとなっている。１６はドーム状に形成さ
れたシリンダヘッド１５の内部に嵌装されたドーム状分
割ライナで、その頂部の突起１６ａがシリンダヘッド１
５の中心軸部に設けられた孔１５ａに嵌合され、該嵌合
部がロウ付または溶接によって接合されている。ここ
で、ドーム状分割ライナ１６の球形部とドーム状のシリ
ンダヘッド１５の球形部の間にはアニュラー状ガス通路
１８が形成され、ドーム状分割ライナ１６の円筒部とド
ーム状のシリンダヘッド１５の円筒部との間には再生器
室２ａが形成され、本実施例装置では、ドーム状分割ラ
イナ１６の内部空間が膨張室１ａとなり、該膨張室１ａ
内でディスプレーサの最上部が往復動する。

また、１７は外管１７ａ及び内管１７ｂにより構成され
るアニュラー状ヒータ管であり、上記外管１７ａは一端
が閉塞され、他端はドーム状シリンダヘッド１５にロウ
付又は溶接され、その内部空間は上記ガス通路１８と連
通している。また上記内管１７ｂは上記外管１７ａ内に
アニュラー状すきま１７ｃをもって嵌挿されており、そ
の一端は開放され、他端は分割ライナ１６にロウ付又は
溶接によって接合されて膨脹室１ａと連通している。

以上の様に構成された本実施例では、第３図の従来例と
同様に、膨脹室１ａ内の作業流体は内管１７ｂの内部、
外管１７ａと内管１７ｂとの間のアニュラー状すきま１
７ｃ、アニュラー状ガス通路１８を介して再生器部に流
入・流出することが可能であり、エンジンの基本構成は
保たれる。従って、このようなシリンダヘッド構成であ
ってもスターリングエンジンとして十分に作用すること
は言及するまでもない。

また、この様なシリンダヘッド構成では、耐圧容器とな
るドーム状シリンダヘッド１５の形状は断面積変化の少
ないスムーズな断面形状となり、またシリンダヘッド１
５の球形部と円筒部の接点近傍の縦軸方向温度分布は、
アニュラー状ガス通路１８によってほぼ均一化されほと
んど無視できる。この様なことからシリンダヘッド１５
に大きな熱応力が発生するようなことはなく、この部材
の肉厚を薄くできる。その結果熱伝導損失を従来に比し
減少させることができ、エンジンの熱効率を向上するこ
とができる。

一方、ヒータ管の構成をアニュラー形状としたので、ヒ
ータ管に作用する熱応力を半減できるという大きな特徴
を有している。

第２図は本発明の他の実施例を示し、これはドーム状分
割ライナ１５の円筒部分が分割，分離できるようにした
ものである。図において、１９は分割ライナであり、ア
ニュラー状ガス通路１８と常温時（非運転時）すきまバ
メ状態で嵌合され、高温時に密着するようになってい
る。このため分割ライナ１９は、ドーム状分割ライナを
構成する材料の線膨脹率より大きな値の材料で形成され
ている。

このような実施例によっても、上記第１図の実施例と同
様の機能作用を有することは言及するまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、シリンダヘッドを断
面積変化の少ないドーム形状にし、該ドーム状シリンダ
ヘッド内にドーム状分割ライナを嵌装するとともに、ド
ーム状シリンダヘッドにその外管が接合し、分割ライナ
にその内管が接合するアニュラー状ヒータ管を取り付け
て、これらドーム状シリンダヘッドとドーム状分割ライ
ナとの間に熱交換器を構成したので、ヘッドとヒータ管
取付近傍の温度分布が一様となり、熱応力の発生が軽減
でき、シリンダヘッドの薄肉化、ひいては熱伝導損失の
軽減が実現でき、エンジンの熱効率を向上することがで
きる効果がある。また、ヒータ管をアニュラー状とした
ので、該ヒータ管に作用する熱応力も軽減でき、長寿命
化を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスターリング機関の熱
交換器の要部断面構成図、第２図は本発明の他の実施例
を示す図、第３図は従来のスターリング機関の熱交換器
の断面図である。 １ａ…膨脹室、２ａ…再生器室、１５…ドーム状シリン
ダヘッド、１６…ドーム状分割ライナ、１７…アニュラ
ー状ヒータ管、１７ａ…外管、１７ｂ…内管、１７ｃ…
アニュラー状すきま、１８…アニュラー状ガス通路。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土野 和典 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 久森 洋一 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−178852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−104349（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】その円筒部が再生器ハウジングとなるドー
   ム状シリンダヘッドと、 その頂部が上記ドーム状シリンダヘッドの頂部に嵌合し
   て、その球形部と上記ドーム状シリンダヘッドの球形部
   との間にガス通路が形成され、その円筒部と上記ドーム
   状シリンダヘッドの円筒部との間に再生器室が形成され
   る，その内部空間が膨張室となるドーム状分割ライナ
   と、 上記ドーム状シリンダヘッドの適宜箇所に複数個設けら
   れ、各々が外管及び該外管内にすきまをもって嵌挿され
   た内管からなるアニュラー状ヒータ管とを備え、 上記外管は一端が閉塞され他端が上記ドーム状シリンダ
   ヘッドに接合されて上記ガス通路に連通するよう設けら
   れ、 上記内管は一端が開放され他端が上記ドーム状分割ライ
   ナに接合されて上記膨張室に連通するよう設けられてい
   ることを特徴とするスターリング機関の熱交換器。
2. 【請求項２】上記ドーム状分割ライナは、その円筒部と
   球形部とが別体構造となっていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のスターリング機関の熱交換器。