JP2001336448A - 熱交換器、及び、それを用いたスターリング機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温ガス流の案内により熱交換効率を高め
る。 【解決手段】 加熱対象流体Ｇを管内通過させる伝熱管
１５ａ，１５ｂ，１５ｃを管芯方向視で環状に並列配置
し、この伝熱管環状配置群１５Ｇにおける中央孔部分７
ｙの管芯方向一端側を遮壁５ｗ，１３ｗにより閉塞し、
かつ、この中央孔部分７ｙの管芯方向他端側に、高温ガ
スＨを管芯方向で前記中央孔部分７ｙに吹き込む高温ガ
ス吹込口７ｉを設ける熱交換器において、高温ガス吹込
口７ｉに向かう尖頭形状のガス拡散用凸部Ｔを前記遮壁
５ｗ，１３ｗに設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼ガス等の高温
ガスを用いて流体を加熱する熱交換器、及び、それを用
いたスターリング機器に関し、詳しくは、加熱対象流体
を管内通過させる伝熱管を管芯方向視で環状に並列配置
し、この伝熱管環状配置群における中央孔部分の管芯方
向一端側を遮壁により閉塞し、かつ、この中央孔部分の
管芯方向他端側に、高温ガスを管芯方向で前記中央孔部
分に吹き込む高温ガス吹込口を設けてある熱交換器、及
び、それを用いたスターリング機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記形式の熱交換器では、図１１に示す
ように、高温ガス吹込口７ｉから伝熱管１５の管芯方向
で伝熱管環状配置群１５Ｇの中央孔部分７ｙに吹き込ん
だ高温ガスＨを、伝熱管環状配置群１５Ｇの半径方向へ
放射状に拡散させて伝熱管１５どうしの間を通過させる
ことにより、その高温ガスＨと各伝熱管１５の管内を通
過する加熱対象流体Ｇとを熱交換させるが、従来、この
種の熱交換器では、同図１１に示す如く、伝熱管環状配
置群１５Ｇにおける中央孔部分７ｙの管芯方向一端側を
閉塞する遮壁５ｗの壁面（すなわち、吹き込み高温ガス
Ｈの衝突面）を単純な平面にしていた（特願平１０−３
０４２５５号、特願平１０−３５０９５０号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造にお
いて、高温ガス吹込口７ｉに代えバーナの炎口を伝熱管
環状配置群１５Ｇの中央孔部分７ｙに臨ませて炎を中央
孔部分７ｙに充満させる形式では、炎からの輻射効果も
あって各伝熱管１５の伝熱率を管芯方向及び伝熱管環状
配置群１５Ｇの周方向の夫々について比較的均一に高く
確保できるものの、炎を伴わない高温ガスＨを中央孔部
分７ｙに吹き込む形式では、伝熱管環状配置群１５Ｇの
半径方向への高温ガスＨの放射状拡散（略言すれば、吹
き込み高温ガスＨの伝熱管１５側への向き変更）が、ガ
ス衝突壁である遮壁５ｗの側に偏った状態で行なわれる
ことに原因して、各伝熱管１５の管外熱伝達率が管芯方
向で大きく異なるものとなり、その分、熱交換の効率が
低下する問題があった。

【０００４】そして、デッドスペースが効率低下の大き
な要因となるスターリング機器への熱交換器装備などの
為に、伝熱管１５の管芯方向における器体寸法を小さく
して熱交換器のコンパクト化を図るほど（すなわち、遮
壁５ｗと高温ガス吹込口７ｉとの離間寸法が小さくなる
ほど）、上記の如き管芯方向における管外熱伝達率の不
均一化傾向が強くなって熱交換効率の低下が顕著になっ
ていた。

【０００５】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
伝熱管環状配置群の中央孔部分へ高温ガスを吹き込む形
式の熱交換器において、合理的かつ簡単な改良を施すこ
とにより、各伝熱管の管外熱伝達率を管芯方向で均一化
する点にあり、また、この種の熱交換器を装備するスタ
ーリング機器の効果的な効率向上を可能にする点にあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、加熱対象流体を管内通過させる伝熱管を管芯方
向視で環状に並列配置し、この伝熱管環状配置群におけ
る中央孔部分の管芯方向一端側を遮壁により閉塞し、か
つ、この中央孔部分の管芯方向他端側に、高温ガスを管
芯方向で前記中央孔部分に吹き込む高温ガス吹込口を設
ける熱交換器において、前記高温ガス吹込口に向かう尖
頭形状のガス拡散用凸部を前記遮壁に設ける。

【０００７】つまり、この構成によれば、高温ガス吹込
口からの吹き込み高温ガスに対する上記ガス拡散用凸部
の案内作用（すなわち、高温ガス吹込口に向かう尖頭形
状により生じる案内作用）で、伝熱管環状配置群の半径
方向への高温ガスの放射状拡散を促進することができ、
これにより、ガス衝突面が単なる平面の遮壁に吹き込み
高温ガスを衝突させる先述の従来熱交換器に比べ、各伝
熱管の管外熱伝達率を管芯方向で均一化することがで
き、その分、熱交換効率を高めることができる。

【０００８】そしてまた、上記の案内作用により吹き込
み高温ガスの流れをスムースにすることができて、従来
の熱交換器に比べ高温ガスの器内通過抵抗を低減できる
ことからも、熱交換効率を高めることができる。

【０００９】〔２〕請求項２に係る発明では、請求項１
に係る発明の実施にあたり、前記ガス拡散用凸部を、先
端側の尖頭形状部分と基端側の大径台部分とを有する形
状で、その先端側の尖頭形状部分のほぼ全体が前記高温
ガス吹込口と前記遮壁との間の中間位置よりも高温ガス
吹込口寄りに位置する形状に形成する。

【００１０】つまり、この構成によれば、ガス拡散用凹
部のうち吹き込み高温ガスの放射状拡散を案内促進する
部分である先端側の尖頭形状部分を上記の如く高温ガス
吹込口寄りに位置させることで、本来的に吹き込み高温
ガスの放射状拡散が特に生じ難い高温ガス吹込口寄り箇
所での高温ガスの放射状拡散を効果的に促進することが
でき、これにより、各伝熱管の管芯方向における管外熱
伝達率の均一化、及び、それによる熱交換効率の向上を
一層効果的に達成できる。

【００１１】〔３〕請求項３に係る発明では、請求項１
又は２に係る発明の実施にあたり、前記ガス拡散用凸部
の尖頭形状部分に、その凸部の中心軸芯周りで螺旋状に
延びる複数の螺旋条を並列に形成する。

【００１２】つまり、この構成によれば、高温ガス吹込
口からの吹き込み高温ガスに対する上記螺旋条の案内作
用により、吹き込み高温ガスにガス拡散用凸部の中心軸
芯周りでの旋回傾向を与えて、この旋回と前記の尖頭形
状による案内との協働で高温ガスの放射状拡散を一層効
果的に促進することができ、これにより、各伝熱管の管
芯方向における管外熱伝達率の均一化、及び、それによ
る熱交換効率の向上を一層効果的に達成できる。

【００１３】また、上記旋回により伝熱管環状配置群の
周方向についての高温ガス分布の均一化も促進できて、
このことからも、熱交換効率の向上を一層効果的に達成
できる。

【００１４】なお、高温ガス吹込口の側にも吹き込み高
温ガスに旋回傾向を与える案内手段を装備し、この吹込
口側の案内手段と上記凸部側の螺旋条との協働で、吹き
込み高温ガスに対してより効果的に旋回傾向を与えるよ
うにしてもよい。

【００１５】〔４〕請求項４に係る発明では、請求項１
〜３のいずれか１項に係る発明の実施にあたり、前記ガ
ス拡散用凸部の少なくとも表面部分を黒色材で形成す
る。

【００１６】つまり、この構成によれば、吹き込み高温
ガスにより加熱される上記黒色材からの輻射により、伝
熱管環状配置群における各伝熱管の伝熱率を管芯方向及
び伝熱管環状配置群の周方向の夫々について均一に高め
ることができ、これにより、熱交換効率の向上を一層効
果的に達成できる。

【００１７】〔５〕請求項５に係る発明では、請求項１
〜４のいずれか１項に係る発明の熱交換器を用いたスタ
ーリング機器として、スターリングサイクルの作動ガス
膨張工程を受け持つ熱入力側シリンダ室のヘッド部に前
記伝熱管環状配置群を配置し、この熱入力側シリンダが
ピストン動作に伴い吐出と吸入を繰り返す作動ガスを前
記加熱対象流体とする形態で、その熱入力側シリンダの
作動ガス吐出吸入を前記伝熱管の管内を通じて行なわせ
る構造にする。

【００１８】つまり、この構成では、熱入力側シリンダ
室に吸入する作動ガスを伝熱管の通過過程で前記高温ガ
スとの熱交換により加熱し、この加熱により熱入力側シ
リンダ室で作動ガスを膨張させて動力を発生させるとい
った形態で、スターリングサイクルを実行させる。

【００１９】なお、熱入力側シリンダ室からの吐出作動
ガスも伝熱管の通過過程で加熱されるが、スターリング
サイクルの実施において、この熱は熱入力側シリンダ室
と放熱側シリンダ室とを結ぶ作動ガス路に介装の再生用
熱交換器（熱再生器）に蓄熱され、熱入力側シリンダ室
への次の吸入作動ガスの加熱に用いられる。

【００２０】そして、この構成によれば、請求項１〜４
の発明により、伝熱管の管芯方向における器体寸法を小
さくして熱交換器をコンパクト化しながらも、作動ガス
と熱源である高温ガスとの熱交換について高い熱交換効
率を得られることで、また、その熱交換器のコンパクト
化によりデッドスペースによるスターリング機器の効率
低下を回避できることで、スターリング機器の効率を効
果的に高めることができる。

【００２１】〔６〕請求項６に係る発明では、請求項５
に係る発明の実施にあたり、前記熱入力側シリンダ室の
ヘッド部に配置した前記伝熱管環状配置群の中央孔部分
に対し、前記高温ガスとしてエンジン又はガスタービン
の排ガスを前記高温ガス吹込口から吹き込む構造にす
る。

【００２２】つまり、この構成では、エンジン又はガス
タービンの排ガスを熱源に利用したスターリングサイク
ルの実施により動力を得る。

【００２３】そして、この構成によれば、排ガスの有効
利用、スターリングサイクル本来の高いエネルギー効
率、及び、請求項５に係る発明による効果的な効率向上
により、全体として極めて高い省エネ効果を得ることが
できる。

【００２４】なお、上記スターリングサイクルによる発
生動力を、排ガス源であるエンジン又はガスタービンの
発生動力に対する付加動力（アシスト動力）とする動力
使用形態を採れば、動力の利用効率を高めることがで
き、上記の高い省エネ効果と相俟って極めて有用なシス
テムとなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１はスターリングサイクルと逆
スターリングサイクルを並行実施するエンジン駆動のス
ターリング機器を示し、エンジン１の出力軸１ａに連結
したクランク軸２に、第１ピストン群として第１〜第３
のピストン３ａ，３ｂ，３ｃを連結するとともに、第２
ピストン群として第４〜第６のピストン４ａ，４ｂ，４
ｃを連結してある。

【００２６】第１ピストン３ａを内装する第１シリンダ
室５ａと、第２ピストン３ｂを内装する第２シリンダ室
５ｂとはガス路６ａで連通させ、このガス路６ａには、
第１シリンダ室５ａの側から順に、入熱用熱交換器７
Ａ、蓄熱材を充填した再生用熱交換器８Ａ、及び、放熱
用熱交換器９Ａを介装してある。

【００２７】また、第３ピストン３ｃを内装する第３シ
リンダ室５ｃと上記の第２シリンダ室５ｂとはガス路６
ｂで連通させ、このガス路６ｂには、第３シリンダ室５
ｃの側から順に、吸熱用熱交換器１０Ａ、蓄熱材を充填
した再生用熱交換器１１Ａ、及び、放熱用熱交換器１２
Ａを介装してある。

【００２８】そして同様に、第４ピストン４ａを内装す
る第４シリンダ室１３ａと、第５ピストン４ｂを内装す
る第５シリンダ室１３ｂとを連通させるガス路１４ａに
は、第４シリンダ室１３ａの側から順に、入熱用熱交換
器７Ｂ、蓄熱材を充填した再生用熱交換器８Ｂ、及び、
放熱用熱交換器９Ｂを介装し、第６ピストン４ｃを内装
する第６シリンダ室１３ｃと上記の第５シリンダ室１３
ｂとを連通させるガス路１４ｂには、第６シリンダ室１
３ｃの側から順に、吸熱用熱交換器１０Ｂ、蓄熱材を充
填した再生用熱交換器１１Ｂ、及び、放熱用熱交換器１
２Ｂを介装してある。

【００２９】第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａのヘッ
ド部に配置した入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂは、図２及び
図３に示す如く、第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａの
シリンダ蓋５ｗ，１３ｗを一端側ケース壁にした器体ケ
ース７ｘの内部において、作動ガスＧを管内通過させる
多数の平行姿勢の伝熱管１５ａ，１５ｂ，１５ｃを管芯
方向視（シリンダ中心軸芯方向視）で３列の環状に並列
配置し、そして、この伝熱管環状配置群１５Ｇの中央孔
部分７ｙに高温ガスＨを伝熱管１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
の管芯方向で吹き込む高温ガス吹込口７ｉを、中央孔部
分７ｙに対する遮壁であるシリンダ蓋５ｗ，１３ｗとは
反対側で器体ケース７ｘに形成し、一方、高温ガスＨの
排出口７ｏを器体ケース７ｘの側部に形成してある。

【００３０】また、第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａ
の作動ガス吐出吸入を伝熱管１５ａ，１５ｂ，１５ｃの
管内を通じて行なわせるように、内列及び中列の伝熱管
１５ａ，１５ｂの一端側を第１，第４シリンダ室５ａ，
１３ａに連通させ、かつ、外列の伝熱管１５ｃの一端側
をガス路６ａ，１４ａに連通させるのに対し、内列の伝
熱管１５ａとそれに対応位置する外列の伝熱管１５ｃの
他端側どうし、及び、中列の伝熱管１５ｂとそれに対応
位置する外列の伝熱管１５ｃの他端側どうしをＵ字管ｕ
で接続してある。

【００３１】つまり、ピストン動作に伴い第１，第４シ
リンダ室５ａ，１３ａとガス路６ａ，１４ａとの間で行
き来させる作動ガスＧを上記伝熱管１５ａ，１５ｂ，１
５ｃの管内に通過させることで、その通過過程におい
て、作動ガスＧと伝熱管１５ａ，１５ｂ，１５ｃどうし
の間を通過する高温ガスＨとを熱交換させて作動ガスＧ
を加熱する構造にしてあり、これら入熱用熱交換器７
Ａ，７Ｂにより高温ガスＨを熱源として装置に熱入力す
る。

【００３２】これら入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂにおい
て、伝熱管環状配置群１５Ｇの中央孔部分７ｙに対する
遮壁としてのシリンダ蓋５ｗ，１３ｗには、先端側の尖
頭形状部分Ｔａ（本例では円錐状）と基端側の大径台部
Ｔｂ（本例では略円柱状）とを有する形状で、その先端
側の尖頭形状部分Ｔａのほぼ全体が高温ガス吹込口７ｉ
とシリンダ蓋５ｗ，１３ｗとの中間位置よりも高温ガス
吹込口寄りに位置する形状のガス拡散用凸部Ｔを、高温
ガス吹込口７ｉに向けて設けてあり、これにより、高温
ガス吹込口７ｉからの吹き込み高温ガスＨに対するガス
拡散用凸部Ｔの案内作用で、伝熱管環状配置群１５Ｇの
半径方向への高温ガスＨの放射状拡散を促進するととも
に、器内における高温ガスＨの流れをスムースにして、
高い熱交換効率を得るようにしてある。

【００３３】なお、このガス拡散用凸部Ｔを設けるにあ
たり、その凸部Ｔの少なくとも表面部分をグラファイト
などの黒色材で形成し、これにより、吹き込み高温ガス
Ｈにより加熱される上記黒色材からの輻射効果をもって
熱交換効率の一層の向上を図るようにしてもよい。

【００３４】一方、吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂは、
図４及び図５に示す如く、内管１６ａと中管１６ｂと外
管１６ｃとからなる三重伝熱管１６を複数列の環状に並
列配置して、ピストン動作に伴い第３，第６シリンダ室
５ｃ，１３ｃとガス路６ｂ，１４ｂとの間で行き来させ
る作動ガスＧを、各三重伝熱管１６における内管１６ａ
と中管１６ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程
で、各三重伝熱管１６における内管１６ａの内部、及
び、各三重伝熱管１６における中管１６ｂと外管１６ｃ
の間の隙間通路に通過させる冷却対象流体Ｃ（例えば、
冷水やブライン）と作動ガスＧとを熱交換させて冷却対
象流体Ｃを冷却する構造にしてあり、これら吸熱用熱交
換器１０Ａ，１０Ｂにおいて装置からの冷熱出力を行
う。

【００３５】また、第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａ
の側の放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂは、図２及び図５に示
す如く、内管１７ａと中管１７ｂと外管１７ｃとからな
る三重伝熱管１７を１列の環状に並列配置して、ピスト
ン動作に伴いガス路６ａ，１４ａを行き来する作動ガス
Ｇを、各三重伝熱管１７における内管１７ａと中管１７
ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程で、各三重
伝熱管１７における内管１７ａの内部、及び、各三重伝
熱管１７の中管１７ｂと外管１７ｃの間の隙間通路に通
過させる冷却用流体Ｗ（例えば冷却水）と作動ガスＧと
を熱交換させて作動ガスＧを冷却する構造にしてある。

【００３６】同様に、第３，第６シリンダ室５ｃ，１３
ｃの側の放熱用熱交換器１２Ａ，１２Ｂは、図４及び図
５に示す如く、内管１８ａと中管１８ｂと外管１８ｃと
からなる三重伝熱管１８を複数列の環状に並列配置し
て、ピストン動作に伴いガス路６ｂ，１４ｂを行き来す
る作動ガスＧを、各三重伝熱管１８における内管１８ａ
と中管１８ｂの間の隙間通路に通過させ、その通過過程
で、各三重伝熱管１８における内管１８ａの内部、及
び、各三重伝熱管１８の中管１８ｂと外管１８ｃの間の
隙間通路に通過させる冷却用流体Ｗと作動ガスＧとを熱
交換させて作動ガスＧを冷却する構造にしてあり、これ
ら４つの放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，１２Ａ，１２Ｂに
おいて、前記の熱入力用高温ガスＨよりも低い温度レベ
ルでの装置からの温熱出力（排熱）を行う。

【００３７】なお、吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂで冷
却した冷却対象流体Ｃは、冷房や物品冷却などの種々の
冷却用途に用い、また、放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，１
２Ａ，１２Ｂで作動ガスＧの冷却に用いて昇温した冷却
用流体Ｗは、給湯や暖房、あるいは物品加熱などの種々
の温熱用途に用いる。

【００３８】作動ガスＧにはヘリウムガスや空気を初
め、種々の気体を使用できる。また、本例では、入熱用
熱交換器７Ａ，７Ｂに供給する高温ガスＨとして、連結
エンジン１の排ガスを用いる例を示すが、その他、この
高温ガスＨには、ガスタービンの排ガスや、バーナ等の
専用装置により加熱したガスや、他の機器からの回収排
熱をもって加熱したガスなど種々のガスを使用できる。

【００３９】すなわち、上記の構造において、第１ピス
トン群の各ピストン３ａ，３ｂ，３ｃを所定の位相差関
係で連動動作させ、かつ、第２ピストン群の各ピストン
４ａ，４ｂ，４ｃを同様に所定の位相差関係で連動動作
させることにより、第１シリンダ室５ａと第２シリンダ
室５ｂとのシリンダ室対、及び、第４シリンダ室１３ａ
と第５シリンダ室１３ｂとのシリンダ室対については、
入熱用熱交換器７Ａ，７Ｂからの熱入力により動力を発
生するスターリングサイクル（すなわち、熱入力側シリ
ンダ室である第１，第４シリンダ室５ａ，１３ａで入熱
用熱交換器７Ａ，７Ｂによる加熱作動ガスＧを膨張させ
て動力を発生させ、その膨張作動ガスＧを放熱用熱交換
器９Ａ，９Ｂでの放熱により放熱側シリンダ室である第
２，第５シリンダ室５ｂ，１３ｂで収縮させるサイク
ル）を実行させて、その発生動力をクランク軸２に出力
させる。

【００４０】そして、このスターリングサイクルに並行
して、第２シリンダ室５ｂと第３シリンダ室５ｃとのシ
リンダ室対、及び、第５シリンダ室１３ｂと第６シリン
ダ室１３ｃとのシリンダ室対については、エンジン１か
らの付与動力と上記発生動力とにより逆スターリングサ
イクル（すなわち、吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂでの
吸熱を伴って作動ガスＧを吸熱側シリンダ室である第
３，第６シリンダ室５ｃ，１３ｃで膨張させ、その膨張
作動ガスＧを放熱用熱交換器１２Ａ，１２Ｂでの放熱を
伴って放熱側シリンダ室である第２，第５シリンダ室５
ｂ，１３ｂで圧縮するサイクル）を実行させてヒートポ
ンプ機能させる。

【００４１】１９は第１ピストン３ａの第２，第３ピス
トン３ｂ，３ｃに対する位相差関係、及び、第４ピスト
ン４ａの第５，第６ピストン４ｂ，４ｃに対する位相差
関係を変更する位相制御装置であり、この位相制御装置
１９による位相差関係の調整により、入熱用熱交換器７
Ａ，７Ｂでの入熱量、吸熱用熱交換器１０Ａ，１０Ｂで
の吸熱量、放熱用熱交換器９Ａ，９Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ
での放熱量、エンジン１からの入力動力の比を変化させ
て、装置特性を所望のものに調整する。

【００４２】２０ａ，２１ａは第１，第４ピストン３
ａ，４ａのコンロッド、２０ｂ，２１ｂは第２，第５ピ
ストン３ｂ，４ｂのコンロッド、２０ｃ，２１ｃは第
３，第６ピストン３ｃ，４ｃのコンロッドである。

【００４３】第１，第４ピストン３ａ，４ａ、及び、第
３，第６ピストン３ｃ，４ｃの夫々は、ピストン先端側
のシリンダ室５ａ，１３ａ，５ｃ，１３ｃとそれらシリ
ンダ室に連通するピストン基端側の副シリンダ室５
ａ′，１３ａ′，５ｃ′，１３ｃ′（ガス路６ａ，１４
ａ，６ｂ，１４ｂの一部）とを有するディスプレーサ型
ピストンにしてあり、これにより、作動ガス圧に原因し
てピストン側からクランク軸２に定常的にかかる曲げ力
を低減するようにしてある。

【００４４】〔別実施形態〕次に別実施形態を列記す
る。

【００４５】ガス拡散用凸部Ｔの具体的形状は、図６に
示す如き半球状の先端側尖頭形状部分Ｔａを有する形状
や、図７に示す如き凹状湾曲周面を有する円錐状の先端
側尖頭形状部分Ｔａと円柱状の基端側大径台部分Ｔｂと
を有する形状、あるいは、図８に示す如き全体が円錐状
の形状など、種々の変更が可能である。

【００４６】また、同図６に示す如く先端側の尖頭形状
部分Ｔａにおける先端部のみが高温ガス吹込口７ｉと遮
壁５ｗ，１３ｗとの間の中間位置よりも高温ガス吹込口
寄りに位置する形状に代え、図９に示す如く先端側の尖
頭形状部分Ｔａのほぼ全体が高温ガス吹込口７ｉと遮壁
５ｗ，１３ｗとの間の中間位置よりも高温ガス吹込口寄
りに位置する形状にするのも好ましい。

【００４７】図１０に示す如く、ガス拡散用凸部Ｔの尖
頭形状部分Ｔａに、その凸部Ｔの中心軸芯周りで螺旋状
に延びる複数の螺旋条ｒ（４条に限らず）を設け、これ
により、高温ガス吹込口７ｉからの吹き込み高温ガスＨ
にガス拡散用凸部Ｔの中心軸芯周りでの旋回傾向を与え
て、熱交換効率の一層の向上を図るようにしてもよい。

【００４８】請求項１〜４に係る発明の熱交換器は、ス
ターリング機器における作動ガス加熱用に限らず、種々
の流体加熱用途に用いることができ、加熱対象流体はど
のような気体ないし液体であってもよい。

【００４９】また、請求項５又は６に係る発明の実施に
おいて、対象のスターリング機器は、前述の実施形態の
如くスターリングサイクルと逆スターリングサイクルと
を並行実施するもの、スターリングサイクルのみを実施
するもの、あるいは、ランキンサイクルなどの他のサイ
クルとスターリングサイクルとの複合サイクルを実施す
るものなど、どのような形式のものであってもよく、ま
た、その用途もどのようなものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】スターリング機器の全体縦断面図

【図２】入熱用及び放熱用熱交換器部分の縦断面図

【図３】入熱用熱交換器の横断面図

【図４】吸熱用及び放熱用熱交換器部分の縦断面図

【図５】吸熱用及び放熱用熱交換器の拡大断面図

【図６】別実施形態を示す熱交換器の縦断面図

【図７】別実施形態を示す熱交換器の縦断面図

【図８】別実施形態を示す熱交換器の縦断面図

【図９】別実施形態を示す熱交換器の縦断面図

【図１０】別実施形態を示すガス拡散用凸部の平面図及
び側面図

【図１１】従来例を示す熱交換器の縦断面図

【符号の説明】

１ エンジン ５ａ，１３ａ 熱入力側シリンダ室 ７ｉ 高温ガス吹込口 ７ｙ 中央孔部分 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ 伝熱管 １５Ｇ 伝熱管環状配置群 ５ｗ，１３ｗ 遮壁 Ｇ 加熱対象流体，作動ガス Ｈ 高温ガス，排ガス ｒ 螺旋条 Ｔ ガス拡散用凸部 Ｔａ 先端側の尖頭形状部分 Ｔｂ 基端側の大径台部分

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱対象流体を管内通過させる伝熱管を
   管芯方向視で環状に並列配置し、 この伝熱管環状配置群における中央孔部分の管芯方向一
   端側を遮壁により閉塞し、かつ、この中央孔部分の管芯
   方向他端側に、高温ガスを管芯方向で前記中央孔部分に
   吹き込む高温ガス吹込口を設けてある熱交換器であっ
   て、 前記高温ガス吹込口に向かう尖頭形状のガス拡散用凸部
   を前記遮壁に設けてある熱交換器。
2. 【請求項２】 前記ガス拡散用凸部を、先端側の尖頭形
   状部分と基端側の大径台部分とを有する形状で、 その先端側の尖頭形状部分のほぼ全体が前記高温ガス吹
   込口と前記遮壁との間の中間位置よりも高温ガス吹込口
   寄りに位置する形状に形成してある請求項１記載の熱交
   換器。
3. 【請求項３】 前記ガス拡散用凸部の尖頭形状部分に、
   その凸部の中心軸芯周りで螺旋状に延びる複数の螺旋条
   を並列に形成してある請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記ガス拡散用凸部の少なくとも表面部
   分を黒色材で形成してある請求項１〜３のいずれか１項
   に記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱
   交換器を用いたスターリング機器であって、 スターリングサイクルの作動ガス膨張工程を受け持つ熱
   入力側シリンダ室のヘッド部に前記伝熱管環状配置群を
   配置し、 この熱入力側シリンダがピストン動作に伴い吐出と吸入
   を繰り返す作動ガスを前記加熱対象流体とする形態で、
   その熱入力側シリンダの作動ガス吐出吸入を前記伝熱管
   の管内を通じて行なわせる構造にしてあるスターリング
   機器。
6. 【請求項６】 前記熱入力側シリンダ室のヘッド部に配
   置した前記伝熱管環状配置群の中央孔部分に対し、前記
   高温ガスとしてエンジン又はガスタービンの排ガスを前
   記高温ガス吹込口から吹き込む構造にしてある請求項５
   記載のスターリング機器。