CN202732151U - 斯特林发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种斯特林发动机，其特征在于：加热部(10)包括加热部头(10a)和传热管组(A)，加热部头(10a)设置有：与高温空间(3)连通的第一贯通孔组(30R)；和与再生部(5)连通的第二贯通孔组(30S)，第一贯通孔组(30R)形成在与第二贯通孔组(30S)相比更靠加热部头(10a)的中心区域的位置，构成传热管组(A)的各个U字管(11、12、13)的一端安装于构成第一贯通孔组(30R)的贯通孔，另一端安装于构成第二贯通孔组(30S)的贯通孔，将U字管(11、12、13)配置在列方向上，由此在各个U字管(11、12、13)之间形成平行的排出气体流路，由此能够从在烟道内流动的排出气体有效地回收热量，并且能够不设置流路分离部地利用工作气体管连接加热部(10)和再生部(5)。

Description

斯特林发动机
技术领域
本发明特别涉及从在烟道中流动的排出气体回收热量的斯特林发动机。
背景技术
有效利用废热、生物量、冷暖气等热源，能够有助于解决环境问题和能量问题。斯特林发动机具有不挑选热源，只要有温度差就能够运转的特征，所以能够应用于这些热源的有效利用。
特别是自在烟道中流动的排出气体的热量回收作为废热利用受到关注，提出有适于这样的烟道设置的斯特林发动机。
(非专利文献1)
在非专利文献1中，配置于烟道内的加热部由横向排成一列的U字管构成，燃烧气体的流向与成为加热器的U字管的列方向正交，由此使加热器温度分布均匀化。
本发明者参考非专利文献1设计了图13所示的加热部。
图13是表示斯特林发动机的加热部的结构的主要部分立体图。
如该图所示，该斯特林发动机的加热部构成为，大小不同的相似形的U字管101、102、103、104、105配置在同一平面内，并且，各个U字管101、102、103、104、105横向排列成一列。另外，如箭头所示，图13所示的加热部与非专利文献1同样，燃烧气体的流向与U字管的列方向正交。另外，在U字管的加热部中的燃烧气体(排出气体)的压力损失不会成为问题的情况下，可以通过使燃烧气体(排出气体)的流向与U字管的列方向平行，使燃烧气体与U字管更多地接触，增大传热面积，提高从加热部取入发动机的热量。
现有技术文献
专利文献
非专利文献1：“第十一次斯特林发动机循环研讨会”(Stirling CycleSymposium)讲演论文集41页、42页(3kW级斯特林发动机发电机的开发研究)2008年11月5日出版，出版社：社团法人日本机械学会
发明内容
发明要解决的课题
在这种斯特林发动机中，在置换活塞(displacer piston，换气活塞)与加热部之间形成高温空间，并且在置换活塞的外周配置有再生部和冷却部。由此，如果各个U字管101、102、103、104、105的一端位于中心区域的高温空间，另一端位于外周区域的再生部，则U字管101、102、103、104、105能够与高温空间和再生部直接连接，能够使工作气体流畅地流动。
但是，在图13所示的加热部的结构中，为了将U字管101、102、103、104、105的一端与高温空间连接，将另一端与再生部连接，需要设置流路分离部。使用图14说明这一点。
图14是从加热部侧看图13所示的斯特林发动机的流路分离部的立体图。
在流路分离部110设置有与加热部连通的第一开口部110A和第二开口部110B。第一开口部110A形成于加热部的内周侧，第二开口部110B形成于加热部的外周侧，第一开口部110A和第二开口部110B形成将加热部分为两部分而得的一方和另一方。
U字管101位于一端侧开口部101X和另一端侧开口部101Y，U字管102位于一端侧开口部102X和另一端侧开口部102Y，U字管103位于一端侧开口部103X和另一端侧开口部103Y，U字管104位于一端侧开口部104X和另一端侧开口部104Y，U字管105位于一端侧开口部105X和另一端侧开口部105Y。
图14中，U字管103的一端侧开口部103X、U字管104的一端侧开口部104X和U字管105的一端侧开口部105X，位于第一开口部110A。此外，U字管101的另一端侧开口部101Y和U字管102的另一端侧开口部102Y，位于第二开口部110B。另一方面，U字管101的一端侧开口部101X、U字管102的一端侧开口部102X和U字管103的另一端侧开口部103Y、U字管104的另一端侧开口部104Y、U字管105的另一端侧开口部105Y，利用流路分离路110与加热部不连通，而从流路分离部110的外周端与再生部连接。
如上所述，在图13所示的斯特林发动机中，通过设置图14所示的流路分离部110，能够使U字管101、102、103、104、105的一端与高温空间相连，另一端与再生部相连。
在非专利文献1中没有公开流路分离部，但是如果没有与图13所示的流路分离部110相当的部件，则不能够使工作气体在高温空间与再生部之间流通。
在设置这样的流路分离部110的情况下，产生对工作气体的流动的阻力，而且需要考虑不均匀的流动对高温空间和再生部的影响。
于是，本发明的目的在于提供一种斯特林发动机，其能够有效地从在烟道内流动的排出气体回收热量，并且能够不设置流路分离部地利用工作气体管连接加热部和再生部。
用于解决课题的方法
第一方面记载的本发明提供一种斯特林发动机，其具有置换活塞和动力活塞，将由上述置换活塞分离开的一方的空间作为高温空间，将另一方的空间作为低温空间，在夹着上述高温空间与上述置换活塞相对的位置配置有加热部，在上述置换活塞的外周配置有再生部和冷却部，由上述加热部使工作气体加热、膨胀，由上述冷却部使上述工作气体冷却、收缩，使工作气体在上述高温空间与上述低温空间之间移动，其中上述加热部包括：形成上述高温空间的至少一部分的加热部头；和安装于上述加热部头的传热管组，在上述加热部头设置有：与上述高温空间连通的第一贯通孔组；和与上述再生部连通的第二贯通孔组，上述第一贯通孔组形成在与上述第二贯通孔组相比更靠上述加热部头的中心区域的位置，构成上述传热管组的各个U字管的一端安装于构成上述第一贯通孔组的贯通孔，各个上述U字管的另一端安装于构成上述第二贯通孔组的贯通孔，通过将上述U字管配置在列方向上，在各个上述U字管之间形成平行的排出气体流路。
第二方面记载的本发明的特征是，在第一方面记载的斯特林发动机中，上述传热管组包括：位于排出气体流的上游侧的第一传热管组；和位于上述排出气体流的下游侧的第二传热管组，构成上述第一传热管组的上述U字管和构成上述第二传热管组的上述U字管，相对于俯视图中的上述加热部头的二分假想线对称设置。
第三方面记载的本发明的特征是，在第一方面或第二方面记载的斯特林发动机中，在上述传热管组具有大小不同的U字管，大小不同的上述U字管配置在同一平面内。
第四方面记载的本发明的特征是，在第一方面到第三方面中任一方面记载的斯特林发动机中，构成上述第二贯通孔组的上述贯通孔呈圆弧状配置。
第五方面记载的本发明的特征是，在第二方面到第四方面中任一方面记载的斯特林发动机中，作为上述传热管组，具有第三传热管组和第四传热管组，构成上述第三传热管组的上述U字管和构成上述第四传热管组的上述U字管，相对于与上述二分假想线正交的假想线对称设置。
第六方面记载的本发明的特征是，在第五方面记载的斯特林发动机中，构成上述第三传热管组和上述第四传热管组的上述U字管，比构成上述第一传热管组和上述第二传热管组的上述U字管大。
第七方面记载的本发明的特征是，在第一方面到第六方面中任一方面记载的斯特林发动机中，构成上述传热管组的上述U字管，在平滑圆管的外表面设置有波纹螺旋状成型的外管。
第八方面记载的本发明的特征是，在第一方面到第七方面中任一方面记载的斯特林发动机中，构成上述传热管组的上述U字管是铜制的。
第九方面记载的本发明的特征是，在第一方面到第七方面中任一方面记载的斯特林发动机中，构成上述传热管组的上述U字管是不锈钢制的。
第十方面记载的本发明的特征是，在第一方面到第七方面中任一方面记载的斯特林发动机中，构成上述传热管组的上述U字管是钛制或镍铬合金的。
第十一方面记载的本发明的特征是，在第九方面或第十方面记载的斯特林发动机中，上述加热部头是不锈钢制的。
发明效果
根据本发明，在各个U字管之间形成平行的排出气体流路，所以能够高效地加热U字管。此外，将第一贯通孔组形成在与第二贯通孔组相比更靠加热部头的中心区域的位置，U字管的一端安装于第一贯通孔组的贯通孔中，U字管的另一端安装于第二贯通孔组的贯通孔中，由此能够利用U字管使工作气体在高温空间与再生部之间流通，所以能够减少流路阻力。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的斯特林发动机的结构的截面图。
图2是表示该斯特林发动机的加热部的结构的立体图。
图3是该加热部的俯视图。
图4是该加热部的侧视图。
图5是该加热部的仰视图。
图6是表示该斯特林发动机的加热部的另一个实施例的仰视图。
图7是表示该斯特林发动机的加热部的又一个实施例的立体图。
图8是该加热部的俯视图。
图9是该加热部的侧视图。
图10是该加热部的主视图。
图11是该加热部的仰视图。
图12是表示构成该斯特林发动机的加热部的U字管的另一个实施例的部分截断立体图。
图13是表示斯特林发动机的加热部的结构的主要部分立体图。
图14是从加热部侧看图13所示的斯特林发动机的流路分离部的立体图。
附图标记
1    置换活塞
2    动力活塞
3    高温空间
4    低温空间
5    再生部
6    冷却部
7    曲轴
8    发电机用轴
10   加热部
具体实施方式
本发明的第一实施方式的斯特林发动机中，加热部包括：形成高温空间的至少一部分的加热部头；和安装于加热部头的传热管组，在加热部头设置有：与高温空间连通的第一贯通孔组；和与再生部连通的第二贯通孔组，第一贯通孔组形成在与第二贯通孔组相比更靠加热部头的中心区域的位置，构成传热管组的各个U字管的一端安装于构成第一贯通孔组的贯通孔，各个U字管的另一端安装于构成第二贯通孔组的贯通孔，通过将U字管配置在列方向上，在各个U字管之间形成平行的排出气体流路。根据本实施方式，在各个U字管间形成有平行的排出气体流路，所以能够高效地加热U字管。此外，第一贯通孔组形成在与第二贯通孔组相比更靠加热部头的中心区域的位置，U字管的一端安装于第一贯通孔组的贯通孔，U字管的另一端安装于第二贯通孔组的贯通孔，由此能够利用U字管使工作气体在高温空间与再生部之间流通，所以能够减少流路阻力。
本发明的第二实施方式是，在第一实施方式的斯特林发动机中，传热管组包括：位于排出气体流的上游侧的第一传热管组；和位于排出气体流的下游侧的第二传热管组，构成第一传热管组的U字管和构成第二传热管组的U字管，相对于俯视图中的加热部头的二分假想线对称设置。根据本实施方式，通过第一传热管组和第二传热管组对称设置，能够增加加热量，并且能够缓和不均匀的加热。
本发明的第三实施方式是，在第一实施方式或第二实施方式的斯特林发动机中，在传热管组具有大小不同的U字管，大小不同的U字管配置在同一平面内。根据本实施方式，通过将大小不同的U字管配置在同一平面内，能够进一步增加加热量。
本发明的第四实施方式是，在第一实施方式到第三实施方式的斯特林发动机中，构成第二贯通孔组的贯通孔呈圆弧状配置。根据本实施方式，特别能够使与再生部之间的工作气体高效地流动，由此能够增加加热量。
本发明的第五实施方式是，在第二实施方式到第四实施方式的斯特林发动机中，作为传热管组，具有第三传热管组和第四传热管组，构成第三传热管组的U字管和构成第四传热管组的U字管，相对于与二分假想线正交的假想线对称设置。根据本实施方式，能够利用第三传热管组和第四传热管组进一步增加加热量。
本发明的第六实施方式是，在第五实施方式的斯特林发动机中，构成第三传热管组和第四传热管组的U字管，比构成第一传热管组和第二传热管组的U字管大。根据本实施方式，能够维持由第一传热管组和第二传热管组形成的排出气体流路，并且能够进一步增加加热量。
本发明的第七实施方式是，在第一实施方式到第六实施方式的斯特林发动机中，构成传热管组的U字管，在平滑圆管的外表面设置有波纹螺旋状成型的外管。根据本实施方式，工作气体在平滑圆管内部流通，所以流路阻力小，另一方面，在热源气体流路内流动的排出气体，利用外管，能够增加外管的传热面积，促进管外的热传递，提高热交换效率。
本发明的第八实施方式是，在第一实施方式到第七实施方式的斯特林发动机中，构成传热管组的U字管是铜制的。根据本实施方式，能够适用于在排出气体温度为500℃以下的使用环境下使用的斯特林发动机。
本发明的第九实施方式是，在第一实施方式到第七实施方式的斯特林发动机中，构成传热管组的U字管是不锈钢制的。根据本实施方式，能够适用于在排出气体温度为500℃到800℃程度的使用环境下使用的斯特林发动机。
本发明的第十实施方式是，在第一实施方式到第七实施方式的斯特林发动机中，构成传热管组的U字管是钛制或镍铬合金的。根据本实施方式，能够适用于在排出气体温度为800℃以上的高温气体的使用环境下，或者例如氯类或硝酸氢氟酸等具有腐蚀性的排出气体的使用环境下使用的斯特林发动机。
本发明的第十一实施方式是，在第九实施方式或第十实施方式的期特林发动机中，加热部头是不锈钢制的。在为钛材料或镍铬合金的情况下，不锈钢制材料通过调整焊接条件而显示良好的焊接性，根据本实施方式，将U字管插入到构成排气流路的烟道内，将加热部头配置在排出气体流路外，由此在排出气体温度为800℃以上的高温气体的使用环境下或氯类等具有腐蚀性的排出气体和耐氧化性的使用环境下也能够发挥优异的热交换功能。
(实施例)
以下说明本发明的一个实施例的斯特林发动机。
首先，使用图1说明本发明的斯特林发动机的概要结构。
图1是表示本实施例的斯特林发动机的结构的截面图。
如图1所示，本实施方式的斯特林发动机具有置换活塞1和动力活塞(power piston)2，将由置换活塞1分离开的一方的空间作为高温空间3，将另一方的空间作为低温空间4，使工作气体在高温空间3与低温空间4之间移动。本实施方式的斯特林发动机将加热部10设置于将从例如船舶的柴油发动机产生的排出气体排出的热源气体流路内而使用。
加热部10配置在夹着高温空间3与置换活塞1相对的位置，再生部5和冷却部6配置在置换活塞1的外周。
置换活塞1和动力活塞2分别与曲轴7连结，在曲轴7的一端连接有发电机用轴8。
再生部5形成为筒状，在再生部5的内部设置有奥氏体类不锈钢、黄铜等金属丝网的蓄热材料，利用该蓄热材料，从高温工作气体吸热，向低温工作气体散热。
冷却部6也形成为筒状，冷却部6内划分为冷却水流动的通路和工作气体流动的通路，工作气体由冷却水冷却。
加热部10与再生部5连接，再生部5与冷却部6连接。加热部10与高温空间3连通，冷却部6与低温空间4连通。
在上述结构中，在开始时将发电机作为动力源使置换活塞1动作，由此使工作气体在高温空间3和低温空间4中移动。工作气体在加热部10加热、膨胀而被导入到高温空间3，在冷却部6冷却、收缩而被导入到低温空间4，由此在高温空间3和低温空间4产生压力变动。利用该压力变动，动力活塞2动作，从而能够得到输出。
即，通过在加热部10被加热，封入的工作气体膨胀，承受压差，由此使置换活塞1向下方移动。通过置换活塞1向下方的移动，位于置换活塞1与动力活塞2之间的低温空间4的气体被压缩，使动力活塞2向下方移动。通过动力活塞2向下方的移动，工作气体从置换活塞1的上部(高温空间3)通过加热部10、再生部5和冷却部6，移动至置换活塞1的下部(低温空间4)。然后，通过置换活塞1向上方的移动，置换活塞1与动力活塞2之间的低温空间4成为低压，由此使动力活塞2向上方移动。移动至置换活塞1的下部的工作气体，由于动力活塞2向上方的移动，通过冷却部6、再生部5和加热部10，移动至置换活塞1的上部。
像这样，通过加热部10的加热和冷却部6的冷却，工作气体一边进行膨胀收缩一边在置换活塞1的上部与下部间往复移动，由此能够使置换活塞1移动，并且使动力活塞2移动，以进行发电。
接着，使用图2～图5说明本发明的斯特林发动机的加热部的结构。
图2是表示本实施例的斯特林发动机的加热部的结构的立体图，图3是该加热部的俯视图，图4是该加热部的侧视图，图5是该加热部的仰视图。
如图所示，本实施例的斯特林发动机的加热部10包括：加热部头10a和U字管11、12、13。加热部头10a形成为外表面为凸状、内表面为凹状的球面状，U字管11、12、13安装于加热部头10a的外表面。在加热部头10a如图5所示形成有多个贯通孔，U字管11、12、13固定于这些贯通孔。
在加热部头10a形成有：位于排出气体流的上游侧的第一传热管组A；和位于排出气体流的下游侧的第二传热管组B。如图3和图5所示，第一传热管组A和第二传热管组B相对于俯视图中的加热部头10a的二分假想线Y对称设置。像这样，通过将第一传热管组A和第二传热管组B对称设置，能够使加热量增加。
以下对第一传热管组A说明U字管11、12、13的排列。
第一传热管组A将大小不同的相似形的U字管11、12、13配置在同一平面内。此外，各个U字管11、12、13在列方向上排列。例如，U字管11中相同形状且相同大小的多个U字管11a、11b、11c……在列方向上排列。
在加热部头10a的中心区域R形成与高温空间3连通的第一贯通孔组30R，在加热部头10a的外周区域S形成与再生部5连通的第二贯通孔组30S。此处，构成第二贯通孔组30S的贯通孔配置为圆弧状。在本实施例中使用大小不同的三个U字管11、12、13，所以形成三个圆弧。此外，第一贯通孔组30R与第二贯通孔组30S的距离相等，所以第一贯通孔组30R也配置成与第二贯通孔组30S曲率相同的圆弧状。然后，将U字管11、12、13的一端安装于构成第一贯通孔组30R的贯通孔中，将U字管11、12、13的另一端安装于构成第二贯通孔组30S的贯通孔中。
根据本实施例，在各个U字管11a、11b、11c……之间形成平行的排出气体流路，所以能够高效地加热U字管11a、11b、11c……。此外，将第一贯通孔组30R形成于与第二贯通孔组30S相比更靠加热部头10a的中心区域R的位置，将U字管11a、11b、11c……的一端安装于第一贯通孔组30R的贯通孔中，将U字管11a、11b、11c……的另一端安装于第二贯通孔组30S的贯通孔中，由此能够利用U字管11a、11b、11c……使工作气体在高温空间3与再生部5之间流通，所以能够减少流路阻力。
此外，通过将大小不同的U字管11、12、13配置在同一平面内，能够进一步增加加热量。
图6是表示本发明的斯特林发动机的加热部的另一个实施例的仰视图。
在图5中，第一传热管组A和第二传热管组B中的位于两端的三个U字管11、12、13，在图6的结构中变成两个U字管12、13。第一传热管组A和第二传热管组B相对于二分假想线Y对称设置，所以在本实施例中，在与二分假想线Y的距离较短的外周区域S也能够有效地配置U字管12、13，由此能够使加热量增加。在上述实施例中，在任何位置均配置三个U字管11、12、13，但也能够像本实施例这样在两端配置两个U字管12、13。此外，并不限于本实施例这样的配置于两端的配管，也可以对配置于中间位置的配管的管数进行变更。
使用图7～图11说明该斯特林发动机的加热部的又一个实施例。
图7是表示本实施例的斯特林发动机的加热部的结构的立体图，图8是该加热部的俯视图，图9是该加热部的侧视图，图10是该加热部的主视图，图11是该加热部的仰视图。
对与上述实施例功能相同的部件标注相同符号，并省略说明。
本实施例的加热部10中，在加热部头10a还具有第三传热管组C和第四传热管组D。构成第三传热管组C的多个U字管14和构成第四传热管组D的多个U字管15，相对于俯视图中的加热部头10a的二分假想线X对称设置。另外，二分假想线X是与二分假想线Y正交的假想线。此外，构成第三传热管组C和第四传热管组D的U字管14、15较大，使得能够跨过构成第一传热管组A和第二传热管组B的U字管11、12、13的上方。
根据本实施例，通过进一步设置第三传热管组C和第四传热管组D，能够使加热量增加。
此外，根据本实施例，能够维持由第一传热管组A和第二传热管组B形成的排出气体流路，并且进一步使加热量增加。
在加热部头10a的中心区域R形成与高温空间3连通的第一贯通孔组30R，在加热部头10a的外周区域S形成与再生部5连通的第二贯通孔组30S。此处，构成与第一传热管组A和第二传热管组B对应的第二贯通孔组30S的贯通孔配置为圆弧状。在本实施例中，表示在第一传热管组A和第二传热管组B中使用大小不同的两个U字管的情况，在与第一传热管组A和第二传热管组B对应的外周区域S由贯通孔形成两个圆弧。此外，与第一传热管组A和第二传热管组B对应的第一贯通孔组30R和第二贯通孔组30S的距离相等，所以第一贯通孔组30R也配置成与第二贯通孔组30S曲率相同的圆弧状。此外，本实施例中，与第三传热管组C和第四传热管组D对应的第二贯通孔组30S配置于加热部头10a的外周区域S，并且位于第一传热管组A的第二贯通孔组30S与第二传热管组B的第二贯通孔组30S之间。此外，与第三传热管组C和第四传热管组D对应的第一贯通孔组30R配置在加热部头10a的中心区域R，并且位于第一传热管组A的第一贯通孔组30R与第二传热管组B的第一贯通孔组30R之间。
根据本实施例，通过与图5和图6的比较可知，能够增加加热部头10a的中心区域R中的第一贯通孔组30R，和外周区域S中的第二贯通孔组30S，能够增加高温空间3和再生部5的流通量，并且实现均匀的流通。利用假想轴Y的上部和下部的与再生器连结的第二贯通孔组30S的内部气体流动，使再生器内的不均匀缓和，由此减少再加热损失，带来性能的提高。
使用图12说明构成本发明的斯特林发动机的加热部的U字管的另一个实施例。
图12是构成本实施例的斯特林发动机的加热部的U字管的部分截断立体图。
本实施例的U字管16，在平滑圆管16a的外表面设置有波纹螺旋状成型的外管16b。工作气体在平滑圆管16a内部流通，所以流路阻力小，另一方面，在热源气体流路内流动的排出气体，利用外管16b能够增加外管的传热面积，促进管外的热传递，提高热交换效率。
另外，在图12中，外管16b波纹螺旋状成型，平滑圆管16a为没有形成为波纹螺旋状的直管，但是也可以不设置平滑圆管16a而使工作气体在外管16b内部流通。在这种情况下，利用波纹螺旋使得传热面积增加，工作气体的流动变得紊乱，在紊流所流动的区域中雷诺数升高，能够促进热传递，提高热交换效率。
以下说明构成本发明的一个实施例的斯特林发动机的加热部的U字管的材料。
首先，在排出气体温度为500℃以下的使用环境下使用的斯特林发动机中，通过使U字管材料为热传导率高的铜，能够提高热交换效率。在使U字管材料为铜的情况下，作为加热部头使用铜制材料或不锈钢制材料。此外，在排出气体温度为500℃到800℃程度的使用环境下使用的斯特林发动机中，为了确保强度，使U字管材料为不锈钢。在使U字管材料为不锈钢的情况下，作为加热部头使用不锈钢制材料。进一步，在使用环境下的排出气体的成分含有具有腐蚀性的成分的情况下，对铜制或不锈钢制的U字管和加热部头施以铬类表面覆膜、或陶瓷热喷涂(coating)、Ni或碳涂层等的表面覆膜，由此能够提高耐久性。在排出气体温度为800℃以上的高温气体的使用环境下，或例如在氯类、硝酸氢氟酸等具有腐蚀性的排出气体的使用环境下使用的斯特林发动机中，通过使U字管材料为钛或镍铬合金，能够提高可靠性、耐久性，并且能够大幅地实现轻量化。钛材料与不锈钢材料相比，密度少约40～50％，高强度且密度小，所以能够比不锈钢管壁厚小，特别适于在焚化炉、玻璃熔解炉中使用的斯特林发动机。另外，在使U字管材料为钛材料的情况下，在加热部头使用不锈钢材料。在为钛材料或镍铬合金的情况下，不锈钢制材料通过调整焊接条件而显示良好的焊接性，将U字管插入到构成排出气体流路的烟道内。
本实施例中，对于包含于排出气体的碳等煤尘，像U字管11a、(12、13)11b、11c这样，隔开空隙地配置，所以能够准备贯通空隙的刷子，使刷子简单地通过U字管彼此间的空隙。通过在维护时定期地利用刷子去除附着于U字管的煤尘等杂质，能够使热交换效率恢复。通过对U字管的与排出气体相接的外侧表面施以电解研磨，能够缓和外侧管的凹凸，虽然初始的热交换效率降低，但是包含于排出气体等的杂质难以附着于U字管，所以能够提高经过一段时间后的中长期热交换效率。
接着，说明使用本发明的斯特林发动机的发电装置或动力装置中的传热管组的杂质除去方法。另外，以下说明的传热管组的杂质除去方法即使不是本发明的传热管组的结构也能够适用。
为了不需要防止传热管的热交换效率降低的维护，或者延迟维护期间，使用中的传热管组的杂质的去除是必需的。
这样的传热管组的杂质除去方法是，包括检测传热管(U字管)的温度的下降的检测单元，和变更烟道内的排出气体流量的控制单元，利用检测单元检测传热管温度的下降，利用控制单元使排出气体流量暂时急剧增加，由此能够将附着于传热管的杂质吹飞。利用该除去方法，只要附着于传热管的杂质是紧贴强度比较弱的杂质就能够有效地除去。另外，作为检测单元，可以是检测传热管、高温空间3的温度的部件，但在作为发电装置使用的情况下，优选是检测发电力的下降的部件，在作为动力装置使用的情况下，优选是检测输出的下降的部件。此外，在控制单元中，优选根据增加的排出气体流量而能够设定多个阶段。然后，根据下降温度，利用控制单元变更增加的排出气体流量，由此能够有效地除去杂质。此外，预先设置对控制单元中的动作时间进行设定的定时单元也是有效的。此外，控制单元使排出气体流量增加的动作，可以在由检测单元检测出传热管的温度下降量为规定量以内的情况下结束。
进一步，对于附着于传热管的紧贴强度高的杂质来说，作为杂质的除去模式，通过进行斯特林发动机的转速的下降、斯特林发动机运转的停止或斯特林发动机的发电量的下降中的任一个，对于提高加热器温度是有效的。进而，使斯特林发动机逆向旋转，使冷却部6作为加热部起作用且使加热部10作为冷却部起作用也是有效的。通过由该斯特林发动机的逆向旋转进行的杂质的除去模式，构成加热部10的传热管成为冷却部，在传热管散热，所以能够使传热管的温度上升，使附着于传热管的杂质剥离。由此，能够延迟维护期间，根据排出气体的种类，也能够不需要传热管的维护。
另外，杂质的除去模式能够依据检测传热管(U字管)的温度的下降的检测单元而进行。
此外，代替检测传热管(U字管)的温度的下降的检测单元，也可以根据规定的处理时间定期进行杂质的除去模式。此外，根据杂质的紧贴强度，设定斯特林发动机的转速的下降阶段、斯特林发动机的运转的停止阶段和进行斯特林发动机的逆向旋转的阶段，阶段性地进行杂质的除去模式。
在本实施例中，表示了在全部为废热的排出气体内插入设置加热部头的例子，但是，在废热为固体热源，即，通过使U字管与高温部分接触的固体热传导，在U字管部分的周围插入构成高温部例如隧道炉这样的炉设备的隔热部件以回收能量的方式中，当然也能够实施。
进一步，在半导体制造装置中使用的CVD装置、扩散装置这样的伴有电加热器加热的装置、铝等的熔解中使用的电炉、或天然气等燃烧式加热炉中，优选在材料的替换工序的前工序、冷却工序中进行使用斯特林发动机的冷却处理。在具有高温工序的CVD装置、扩散装置、炉中，在排出气体流动不积极的炉内的高温气体氛围中，炉内保持热量很大，在由于材料的替换等使炉内冷却的情况下，能够不利用空气等工作气体的压送进行冷却，而在炉内插入U字管这样的传热管部，利用由工作气体高温化后的气体的热传导，使热能被斯特林发动机获得以回收能量。在这种情况下，吸热并不依靠外部气体这样的工作气体，而由斯特林发动机的加热器的吸热部进行冷却，由此热量不能够逃逸，从而能够由斯特林发动机吸热。因为是气体的热传导，所以直至斯特林发动机的加热部的温度上升需要一定时间，但有效的炉内热量能够几乎全部被斯特林发动机吸收，能够以高效率进行热量回收，并且容易进行冷却温度的控制，不需要无谓地进行需要量以上的冷却。
工业上的可利用性
本发明的斯特林发动机能够作为有效利用废热、生物量等热源气体的发电装置或动力装置使用。

Claims (11)

1.一种斯特林发动机，其特征在于：
具有置换活塞和动力活塞，将由所述置换活塞分离开的一方的空间作为高温空间，将另一方的空间作为低温空间，在夹着所述高温空间与所述置换活塞相对的位置配置有加热部，在所述置换活塞的外周配置有再生部和冷却部，由所述加热部使工作气体加热、膨胀，由所述冷却部使所述工作气体冷却、收缩，使工作气体在所述高温空间与所述低温空间之间移动，其中
所述加热部包括：形成所述高温空间的至少一部分的加热部头；和安装于所述加热部头的传热管组，
在所述加热部头设置有：与所述高温空间连通的第一贯通孔组；和与所述再生部连通的第二贯通孔组，
所述第一贯通孔组形成在与所述第二贯通孔组相比更靠所述加热部头的中心区域的位置，
构成所述传热管组的各个U字管的一端安装于构成所述第一贯通孔组的贯通孔，各个所述U字管的另一端安装于构成所述第二贯通孔组的贯通孔，
通过将所述U字管配置在列方向上，在各个所述U字管之间形成平行的排出气体流路。
2.如权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：
所述传热管组包括：位于排出气体流的上游侧的第一传热管组；和位于所述排出气体流的下游侧的第二传热管组，
构成所述第一传热管组的所述U字管和构成所述第二传热管组的所述U字管，相对于俯视图中的所述加热部头的二分假想线对称设置。
3.如权利要求1或2所述的斯特林发动机，其特征在于：
在所述传热管组具有大小不同的U字管，大小不同的所述U字管配置在同一平面内。 
4.如权利要求1或2所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述第二贯通孔组的所述贯通孔呈圆弧状配置。
5.如权利要求2所述的斯特林发动机，其特征在于：
作为所述传热管组，具有第三传热管组和第四传热管组，
构成所述第三传热管组的所述U字管和构成所述第四传热管组的所述U字管，相对于与所述二分假想线正交的假想线对称设置。
6.如权利要求5所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述第三传热管组和所述第四传热管组的所述U字管，比构成所述第一传热管组和所述第二传热管组的所述U字管大。
7.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述传热管组的所述U字管，在平滑圆管的外表面设置有波纹螺旋状成型的外管。
8.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述传热管组的所述U字管是铜制的。
9.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述传热管组的所述U字管是不锈钢制的。
10.如权利要求1、2、5、6中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于：
构成所述传热管组的所述U字管是钛制或镍铬合金的。
11.如权利要求9所述的斯特林发动机，其特征在于：
所述加热部头是不锈钢制的。 
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