JP2006317037A - Regenerator assembling method for stirling engine and regenerator applying the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスターリング機関の再生器組付け方法及びそれが適用される再生器に関する。 The present invention relates to a regenerator assembly method for a Stirling engine and a regenerator to which the method is applied.
スターリング機関は、フロンでなくヘリウム、水素、窒素などを作動ガスとして用いるので、オゾン層の破壊を招くことのない熱機関として注目を集めている。冷凍機として用いるスターリング機関では、リニアモータなどの動力源によりピストンを往復運動させ、このピストンに対し所定の位相差をもってディスプレーサを同期往復運動させている。ピストンとディスプレーサは圧縮空間と膨脹空間の間で作動ガスを行き来させ、スターリングサイクルを構成する。圧縮空間では圧縮変化に基いて作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間では膨脹変化に基づいて作動ガスの温度が低下する。これにより、圧縮空間を構成する高温側伝熱ヘッドの温度は上昇し、膨張空間を構成する低温側伝熱ヘッドの温度は下降する。高温伝熱ヘッドより放熱すれば、低温伝熱ヘッドにて外部の熱を吸収することができる。 The Stirling engine is attracting attention as a heat engine that does not cause destruction of the ozone layer because helium, hydrogen, nitrogen or the like is used as a working gas instead of Freon. In a Stirling engine used as a refrigerator, a piston is reciprocated by a power source such as a linear motor, and a displacer is synchronously reciprocated with a predetermined phase difference with respect to the piston. The piston and the displacer move working gas back and forth between the compression space and the expansion space to form a Stirling cycle. In the compression space, the temperature of the working gas increases based on the compression change, and in the expansion space, the temperature of the working gas decreases based on the expansion change. Thereby, the temperature of the high temperature side heat transfer head constituting the compression space rises, and the temperature of the low temperature side heat transfer head constituting the expansion space falls. If heat is radiated from the high-temperature heat transfer head, external heat can be absorbed by the low-temperature heat transfer head.
スターリング機関では、圧縮空間と膨脹空間の間に配置された再生器が重要な役割を果たす。再生器は、圧縮空間から膨張空間に向かう高温の作動ガスから熱を受け取り、膨脹空間から圧縮空間に向かう低温の作動ガスにその熱を伝えるという、蓄熱手段としての役割を担うものである。再生器には、蓄熱量が大きいことの他、作動ガスとの間で熱を効率良く授受できることと、作動ガスの流動を極力妨げないことが求められる。 In a Stirling engine, a regenerator placed between the compression space and the expansion space plays an important role. The regenerator plays a role as a heat storage means for receiving heat from a high-temperature working gas traveling from the compression space to the expansion space and transmitting the heat to a low-temperature working gas traveling from the expansion space to the compression space. In addition to a large amount of heat storage, the regenerator is required to efficiently transfer heat to and from the working gas and not to hinder the flow of the working gas as much as possible.
再生器としては、これまでにも様々な構成のものが提案されている。特許文献1には金属メッシュからなる再生器が記載されている。特許文献2には発泡金属や繊維状金属をマトリックスとした再生器が記載されている。特許文献3にはメリヤス編みに編んだ金属細線をドーナツ状に丸め込んでなる再生器が記載されている。特許文献4には突起を形成した樹脂フィルムを渦巻状に巻回して構成した再生器が記載されている。
冷凍機として用いられるスターリング機関は、高温側伝熱ヘッド、低温側伝熱ヘッド、及び高温側伝熱ヘッドと低温側伝熱ヘッドを連結する再生器シリンダにより外殻の一部が構成されている。高温側伝熱ヘッドの内周面にはリング状の高温側内部熱交換器が装着され、低温側伝熱ヘッドの内周面にはリング状の低温側内部熱交換器が装着され、これら高温側内部熱交換器と低温側内部熱交換器の間に再生器が装着される。本発明は、高温側伝熱ヘッドと高温側内部熱交換器、及び低温側伝熱ヘッドと低温側内部熱交換器の装着が、機械による圧着加工あるいは溶接やロウ付けによる接着加工により、強固かつ熱伝達良好に行えるように再生器の組付け方法(再生器を組付ける順番)を変えるものであり、そのための再生器の形態及び該再生器の組付け方法の提供を目的とする。 A Stirling engine used as a refrigerator includes a high temperature side heat transfer head, a low temperature side heat transfer head, and a regenerator cylinder that connects the high temperature side heat transfer head and the low temperature side heat transfer head. . A ring-shaped high-temperature side internal heat exchanger is mounted on the inner peripheral surface of the high-temperature side heat transfer head, and a ring-shaped low-temperature side internal heat exchanger is mounted on the inner peripheral surface of the low-temperature side heat transfer head. A regenerator is mounted between the side internal heat exchanger and the low temperature side internal heat exchanger. In the present invention, the high-temperature side heat transfer head and the high-temperature side internal heat exchanger, and the low-temperature side heat transfer head and the low-temperature side internal heat exchanger are securely mounted by a pressure bonding process by a machine or an adhesion process by welding or brazing. A regenerator assembly method (the order in which the regenerators are assembled) is changed so that heat transfer can be carried out satisfactorily. An object of the present invention is to provide a regenerator configuration and a regenerator assembly method therefor.
(1)上記目的を達成するために本発明のスターリング機関の再生器組付け方法では、スターリング機関の外殻の一部を構成する高温側伝熱ヘッド、低温側伝熱ヘッド、及び前記高温側伝熱ヘッドと低温側伝熱ヘッドを連結する再生器シリンダと、前記高温側伝熱ヘッドの内周面に装着される高温側内部熱交換器及び前記低温側伝熱ヘッドの内周面に装着される低温側内部熱交換器を1個のアセンブリとした後、前記高温側内部熱交換器と低温側内部熱交換器の間に再生器を装着することを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, in the Stirling engine regenerator assembling method of the present invention, the high temperature side heat transfer head, the low temperature side heat transfer head, and the high temperature side constituting a part of the outer shell of the Stirling engine A regenerator cylinder connecting the heat transfer head and the low temperature side heat transfer head, a high temperature side internal heat exchanger mounted on the inner peripheral surface of the high temperature side heat transfer head, and an inner peripheral surface of the low temperature side heat transfer head The low temperature side internal heat exchanger to be assembled into one assembly, and a regenerator is mounted between the high temperature side internal heat exchanger and the low temperature side internal heat exchanger.
高温側伝熱ヘッド、低温側伝熱ヘッド、及び再生器シリンダは溶接やロウ付けにより異種金属同士を接合している。高温側内部熱交換器と低温側内部熱交換器も溶接やロウ付けでヘッド側に接合することが望ましいが、再生器に先行して挿入される低温側内部熱交換器には溶接やロウ付けを適用することが可能であっても、再生器より後に挿入される高温側内部熱交換器については、再生器が樹脂材料からなる場合、再生器を熱で損傷する可能性があるため、溶接やロウ付けを採用することができなかった。本発明によれば、高温側伝熱ヘッド、低温側伝熱ヘッド、再生器シリンダ、高温側内部熱交換器、低温側内部熱交換器といった金属部品のみアセンブリ化した後に再生器を組付けるので、アセンブリ化において溶接やロウ付けを制約なく採用することができる。また、圧着、カシメ等の機械加工も制約なく採用することができ、組立の自動化も可能となる。 In the high temperature side heat transfer head, the low temperature side heat transfer head, and the regenerator cylinder, different metals are joined together by welding or brazing. It is desirable to join the high-temperature side internal heat exchanger and the low-temperature side internal heat exchanger to the head side by welding or brazing, but the low-temperature side internal heat exchanger inserted before the regenerator is welded or brazed. Even if it is possible to apply, for the high temperature side internal heat exchanger inserted after the regenerator, if the regenerator is made of resin material, the regenerator may be damaged by heat, so welding And brazing could not be used. According to the present invention, the regenerator is assembled after assembling only metal parts such as the high temperature side heat transfer head, the low temperature side heat transfer head, the regenerator cylinder, the high temperature side internal heat exchanger, and the low temperature side internal heat exchanger. In assembly, welding and brazing can be employed without restriction. In addition, machining such as crimping and caulking can be employed without restriction, and assembly can be automated.
(2)また本発明では、上記再生器組付け方法を適用される再生器が、円筒状の発泡体からなり、該発泡体を軸線を含む分割面で分割したセグメントの集合により構成されることを特徴としている。 (2) Further, in the present invention, the regenerator to which the above regenerator assembling method is applied is made of a cylindrical foam, and is constituted by a set of segments obtained by dividing the foam by a dividing surface including an axis. It is characterized by.
この構成によると、セグメントに分割しているから、発泡体が硬質のものであっても、前記アセンブリの高温側内部熱交換器の中心穴を通じて再生器を再生器シリンダに挿入することが可能になる。 According to this structure, since it is divided into segments, even if the foam is hard, the regenerator can be inserted into the regenerator cylinder through the center hole of the internal heat exchanger on the high temperature side of the assembly. Become.
(3)また本発明は、上記構成の再生器において、発泡体がグラファイト発泡体であることを特徴としている。 (3) The present invention is characterized in that, in the regenerator configured as described above, the foam is a graphite foam.
グラファイト発泡体は耐熱性が高く、単位重量当たりの熱容量も高いので、スターリング機関を高効率で運転することができる。 Since the graphite foam has high heat resistance and high heat capacity per unit weight, the Stirling engine can be operated with high efficiency.
(4)また本発明は、上記構成の再生器において、複数の前記セグメントを可撓性シートで連結したセグメント集合体を複数個組み合わせて成ることを特徴としている。 (4) Further, the present invention is characterized in that, in the regenerator having the above-described configuration, a plurality of segment assemblies in which a plurality of segments are connected by a flexible sheet are combined.
この構成によると、円筒形を構成する全セグメントが可撓性シートで連結されて1個のセグメント集合体とされているのでなく、全セグメントをいくつかのグループに分け、グループ単位で可撓性シートにより連結して、複数個のセグメント集合体を得ているものであるから、1個のセグメント集合体を取り上げれば、それを巻いてすぼめることにより、高温側内部熱交換器の中心穴を通じての挿入が可能になる程度にまで容易に直径を縮小することができる。従って高温側内部熱交換器の中心穴から再生器を装着するという作業を容易に行うことができる。 According to this configuration, all the segments constituting the cylindrical shape are not connected to each other by a flexible sheet to form one segment assembly, but the entire segments are divided into several groups and flexible in groups. Since a plurality of segment aggregates are obtained by connecting with a sheet, if one segment aggregate is picked up, it is wound and squeezed through the center hole of the high temperature side internal heat exchanger The diameter can be easily reduced to such an extent that can be inserted. Therefore, the operation of mounting the regenerator from the center hole of the high temperature side internal heat exchanger can be easily performed.
(5)また本発明のスターリング機関の再生器組付け方法では、上記構成のセグメント集合体を丸めて前記低温側内部熱交換器と高温側内部熱交換器の間に挿入した後展開させて再生器の装着を行うことを特徴としている。 (5) Further, in the regenerator assembly method for a Stirling engine of the present invention, the segment assembly having the above configuration is rolled and inserted between the low temperature side internal heat exchanger and the high temperature side internal heat exchanger, and then expanded and regenerated. It is characterized by wearing a vessel.
この構成によると、再生器の装着をスムーズ且つスピーディーに行うことができる。 According to this configuration, the regenerator can be mounted smoothly and speedily.
本発明によると、低温側伝熱ヘッド、高温側伝熱ヘッド、及び前記低温側伝熱ヘッドと高温側伝熱ヘッドを連結する再生器シリンダ、低温側伝熱ヘッドの内周面に装着される低温側内部熱交換器、高温側伝熱ヘッドの内周面に装着される高温側内部熱交換器といった
金属部品をアセンブリにした後に再生器を組付けるので、アセンブリ化において部品同士を圧着加工あるいは溶接やロウ付けで接合でき、強固で、部品相互間の熱伝達の良好なアセンブリを得ることができる。また、この組付け方法が適用される再生器は、円筒形の発泡体を軸線を含む分割面で分割したセグメントの集合により構成されるから、発泡体が硬質のものであっても、前記アセンブリの高温側内部熱交換器の中心穴を通じて再生器を再生器シリンダに挿入することができる。
According to the present invention, the low temperature side heat transfer head, the high temperature side heat transfer head, the regenerator cylinder connecting the low temperature side heat transfer head and the high temperature side heat transfer head, and the inner peripheral surface of the low temperature side heat transfer head are mounted. Since the regenerator is assembled after assembling metal parts such as the low-temperature side internal heat exchanger and the high-temperature side internal heat exchanger mounted on the inner peripheral surface of the high-temperature side heat transfer head, It is possible to obtain an assembly that can be joined by welding or brazing, is strong, and has good heat transfer between components. In addition, since the regenerator to which this assembling method is applied is constituted by a set of segments obtained by dividing a cylindrical foam by a dividing surface including an axis, even if the foam is hard, the assembly The regenerator can be inserted into the regenerator cylinder through the central hole of the hot side internal heat exchanger.
最初に、本発明の適用対象であるスターリング機関の構造を図1に基づき説明する。図1はスターリング機関の断面図である。なお、このスターリング機関は冷凍機として用いられるものである。 First, the structure of a Stirling engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view of a Stirling engine. This Stirling engine is used as a refrigerator.
スターリング機関1はフリーピストンタイプのものであり、その組立の中心となるのはシリンダ10、11である。シリンダ10、11の軸線は同一直線上に並ぶ。シリンダ10にはピストン12が挿入され、シリンダ11にはディスプレーサ13が挿入される。ピストン12及びディスプレーサ13は、スターリング機関1の運転中、ガスベアリングの仕組みによりシリンダ10、11の内壁に接触することなく往復運動する。ピストン12とディスプレーサ13は所定の位相差を備えて動く。
The Stirling
ピストン12の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ14が設けられる。ディスプレーサ13の一方の端からはディスプレーサ軸15が突出する。ディスプレーサ軸15はピストン12及びマグネットホルダ14を軸線方向にスライドできるように貫通する。
A cup-
シリンダ10はピストン12の動作領域にあたる部分の外側にリニアモータ20を保持する。リニアモータ20は、コイル21を備えたアウターヨーク22と、シリンダ10の外周面に接するように設けられたインナーヨーク23と、アウターヨーク22とインナーヨーク23の間の環状空間に挿入されたリング状のマグネット24と、アウターヨーク22及びインナーヨーク23を所定の位置関係に保持する合成樹脂製エンドブラケット25、26を備える。マグネット24はマグネットホルダ14に固定されている。
The
マグネットホルダ14のハブの部分にはスプリング30の中心部が固定される。ディスプレーサ軸15にはスプリング31の中心部が固定される。スプリング30、31の外周部はエンドブラケット26に固定される。スプリング30、31の外周部同士の間にはスペーサ32が配置されており、これによりスプリング30、31は一定の距離を保つ。スプリング30、31は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れたものであり、ディスプレーサ13をピストン12に対し所定の位相差(一般的には約90゜の位相差)をもたせて共振させる役割を果たす。
The central portion of the
シリンダ11のうち、ディスプレーサ13の動作領域にあたる部分の外側には高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41が配置される。高温側伝熱ヘッド40、低温側伝熱ヘッド41、及び後述する再生器シリンダ48はスターリング機関1の外殻の一部を構成する。
A high temperature side
高温側伝熱ヘッド40はリング状、低温側伝熱ヘッド41はキャップ状であって、いずれも銅や銅合金など熱伝導の良い金属からなる。高温側伝熱ヘッド40の内周面にはリング状の高温側内部熱交換器42が装着され、低温側伝熱ヘッド41の内周面には同じくリング状の低温側内部熱交換器43が装着される。高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜ける作動ガスの熱を高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41に伝える。高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43は、例えば銅や銅合金の薄板をコルゲート加工し、圧縮する等して形成することができる。
The high temperature side
高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41はこのように高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43を介在させた形でシリンダ11の外側に支持される。そして高温側伝熱ヘッド40にはシリンダ10及び圧力容器50が連結される。
The high temperature side
高温側伝熱ヘッド40、シリンダ10、11、ピストン12、ディスプレーサ13、ディスプレーサ軸15、及び高温側内部熱交換器42で囲まれる環状の空間は圧縮空間45となる。低温側伝熱ヘッド41、シリンダ11、ディスプレーサ13、及び低温側内部熱交換器43で囲まれる空間は膨張空間46となる。
An annular space surrounded by the high temperature side
高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43の間には再生器70が配置される。再生器70の構造は後で詳述する。再生器70の外側を再生器シリンダ48が包み、高温側伝熱ヘッド40、41の間に気密通路を構成する。再生器シリンダ48は、例えばステンレス鋼で形成することができる。再生器シリンダ48の両端は高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41の内面にいんろう嵌合し、高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41は再生器シリンダ48により連結される。
A
リニアモータ20、シリンダ10、及びピストン12を筒状の圧力容器50が包む。圧力容器50内部のシリンダ10の外周側の空間は背圧空間51となる。圧力容器50の周面には、リニアモータ20に電力を供給するための端子部52と、内部に作動ガスを封入するためのパイプ53が配置される。パイプ53は圧力容器50に所定気圧の作動ガスを封入した後密閉される。
A
圧力容器50の外面には動吸振器60が取り付けられる。動吸振器60の主体をなすのは薄板状のスプリングを複数枚重ねた板状のスプリング61と、このスプリング61の周縁に配置されたマス62である。圧力容器50の端面中央から突き出す軸63にスプリング61の中心を固定する。
A
スターリング機関1は次のように動作する。リニアモータ20のコイル21に交流電流を供給すると外側ヨーク22と内側ヨーク23の間にマグネット24を貫通する磁界が発生し、マグネット24は軸方向に往復する。ピストン系(ピストン12、マグネットホルダ14、マグネット24、及びスプリング30)の総質量と、スプリング30のバネ定数とにより定まる共振周波数に一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
The
ディスプレーサ系(ディスプレーサ13、ディスプレーサ軸15、及びスプリング31)にあっては、その総質量と、スプリング31のバネ定数とにより定まる共振周波数がピストン12の駆動周波数に共振するよう設定する。
In the displacer system (the
ピストン12の往復運動により、圧縮空間45では圧縮、膨脹が繰り返される。この圧力の変化に伴って、ディスプレーサ13も往復運動を行う。このとき、圧縮空間45と膨脹空間46との間の流動抵抗等により、ディスプレーサ13とピストン12との間には位相差が生じる。このようにしてフリーピストン構造のディスプレーサ13はピストン12と所定の位相差を有して同期して振動する。
By the reciprocating motion of the
上記の動作により、圧縮空間45と膨脹空間46との間にスターリングサイクルが構成される。圧縮空間では圧縮変化に基いて作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間46では膨脹変化に基づいて作動ガスの温度が低下する。このため、圧縮空間45の温度は上昇し、膨張空間46の温度は下降する。
With the above operation, a Stirling cycle is formed between the
運転中に圧縮空間45と膨張空間46の間を行き来する作動ガスは、高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43を通過する際に、その有する熱を高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43を通じて高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41に伝える。圧縮空間45から膨張空間46に向かう作動ガスは高温であるため高温側伝熱ヘッド40は加熱され、高温側伝熱ヘッド40はウォームヘッドとなる。膨張空間46から圧縮空間45に向かう作動ガスは低温であるため低温側伝熱ヘッド41は冷却され、低温側伝熱ヘッド41はコールドヘッドとなる。高温側伝熱ヘッド40より熱を大気へ放散し、低温側伝熱ヘッド41で特定空間の温度を下げることにより、スターリング機関1は冷凍機関としての機能を果たす。
The working gas that travels between the
再生器70は、圧縮空間45と膨張空間46の熱を相手側の空間には伝えず、作動ガスだけを通す働きをする。圧縮空間45から高温側内部熱交換器42を経て再生器70に入った高温の作動ガスは、再生器70を通過するときにその熱を再生器70に与え、温度が下がった状態で膨張空間46に流入する。膨張空間46から低温側内部熱交換器43を経て再生器70に入った低温の作動ガスは、再生器70を通過するときに再生器70から熱を回収し、温度が上がった状態で圧縮空間45に流入する。すなわち再生器70は蓄熱手段としての役割を果たす。
The regenerator 70 functions to pass only the working gas without transferring the heat of the
ピストン12とディスプレーサ13が往復運動し、作動ガスが移動すると、スターリング機関1に振動が生じる。動吸振器60がこの振動を抑える。
When the
続いて再生器70の構造及びその組付け方法を説明する。図2−図7は再生器組付けの流れを示す伝熱ヘッド部分の断面図である。図2−図4と図6は軸線を含む面で断面した断面図、図5と図7は軸線に直角な面で断面した断面図となっている。図8−図10は再生器セグメントの斜視図であって、図8は組付け時の状態を示すもの、図9は組付け後の状態を示すもの、図10は可撓性シートを用いてセグメント集合体とする状況を示すものである。図11は組付けに用いられるロボットハンドの斜視図、図12はロボットハンドを用いてセグメント集合体の組付けを行う状況を示す斜視図である。
Next, the structure of the
再生器70は、円筒状のオープンセル発泡体を素材として形成される。発泡体としては単位重量あたりの熱容量の高い発泡グラファイトを選択する。このグラファイト発泡体を、円筒の軸線を含む分割面で複数のセグメント71に分割する。実施形態ではセグメント71の総数は16とされ、図8と図9にはそのうちの8個が図示されている。8個のセグメント71は、円筒の内周面側で可撓性シート72(図10参照)により連結され、セグメント集合体75(図4、5参照)とされる。可撓性シート72としては耐熱性のある合成樹脂フィルムを用い、接着剤又は粘着材でセグメント71を貼り付ける。
The
セグメント集合体75の組付けは、図11に示すロボットハンド80を備えた産業用ロボット(図示せず)によって行われる。ロボットハンド80はセグメント71を挟む2枚の薄板状保持ブレード81と、セグメント集合体75を可撓性シート72の方から支える薄板状保持ブレード82を有する。セグメント71の隣接セグメントとの境界面には保持ブレード81を係合させる切欠部73が形成される。切欠部73は、全てのセグメント71の両端部に、軸方向に関し対称形状となるよう形成されている。全てのセグメント71に形成するのは再生器70の周方向において圧力を平均化するためであり、軸方向に関し対称形状とするのは作動ガスの往復流の対称性を保つためである。
The assembly of the
セグメント71に切欠部73を設けると、再生器70における作動ガスの圧力低下が減少するため、スターリングサイクルの動作条件が変化する。これを補償するためには切欠部のないものと等価の圧力低下が生じるよう、切欠部73以外の部分でセグメント71を軸方向に延長する必要がある。セグメント71を延長すると、スターリングサイクルの動作条件が回復する他、高温側伝熱ヘッド40と低温側伝熱ヘッド41の間隔が広がって再生器シリンダ48における軸方向の温度勾配が緩和されるという副次的効果も得られる。
When the
再生器70の組付けに先立ち、高温側伝熱ヘッド40、低温側伝熱ヘッド41、再生器シリンダ48、高温側内部熱交換器42、及び低温側内部熱交換器43をアセンブリ化する。まず、高温側伝熱ヘッド40、低温側伝熱ヘッド41、再生器シリンダ48の三者を図2のように組み合わせ、高温側伝熱ヘッド40と再生器シリンダ48、低温側伝熱ヘッド41と再生器シリンダ48を、それぞれ溶接又はロウ付けで接合する。圧着加工で接合してもよい。
Prior to assembly of the
次いで図3のように、低温側伝熱ヘッド41の中に低温側内部熱交換器43を、高温側伝熱ヘッド40の中に高温側内部熱交換器42を、それぞれ挿入する。そして低温側伝熱ヘッド41と低温側内部熱交換器43、高温側伝熱ヘッド40と高温側内部熱交換器42を、それぞれ溶接又はロウ付けで接合する。圧着加工で接合してもよい。これにより、伝熱ヘッドアセンブリAが完成する。
Next, as shown in FIG. 3, the low temperature side
伝熱ヘッドアセンブリAの中にセグメント集合体75を挿入する。2個のロボットハンド80で1個のセグメント集合体75の両端のセグメント71を、それに連結している可撓性シート72も含めて保持する。その状態でロボットハンド80の位置と角度を変えてセグメント集合体75を丸めてすぼめ、セグメント集合体75の直径を縮小する。高温側内部熱交換器42の中心穴を通る程度にまでセグメント集合体75の直径を小さくする。
図8はこの状態を示している。
The
FIG. 8 shows this state.
このように丸めてすぼめた状態のセグメント集合体75を、高温側内部熱交換器42の中心穴を通じて高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43の間の空間に挿入する。図4、5にこの状態を示す。セグメント集合体75が高温側内部熱交換器42と低温側内部熱交換器43の間の空間に入ったらロボットハンド80を開き、セグメント集合体75を釈放する。すると可撓性シート72の弾力でセグメント集合体75が丸めた状態から展開し、各セグメント71はアーチを描いて再生器シリンダ48の内周面に密着する。図9がこの状態を示す。
The
もう1個のセグメント集合体75につき、上記と同じ作業を繰り返す。先に挿入したセグメント集合体75が占有していない空間をねらって今度のセグメント集合体75を釈放し、展開させると、図6、7に示すように、再生器シリンダ48の内周面は合計16個のセグメント71で覆われることになる。これにより、再生器70の組付けは完了する。その後、伝熱ヘッドアセンブリAに他の部品を組み合わせ、スターリング機関1を完成させる。
The same operation as above is repeated for another
本実施形態では再生器70を16個のセグメント71に分割したが、分割数に特に限定はない。分割数が多ければセグメント集合体75を巻いてすぼめる操作が楽であるが、反面、分割するための加工コストがかさむ。分割数が少なければその逆になる。8分割から16分割あたりの数値を選択し、操作性と加工コストのバランスをとるようにするのがよい。
In this embodiment, the
セグメント集合体75を構成するセグメント71の数も、セグメント71の総数の半分に限定される訳ではない。セグメント集合体75毎のセグメント数の合計がセグメント総数になるよう、適宜決めればよい。
The number of
なお本実施形態では発泡グラファイトという硬質の発泡体を用いて再生器70を構成したので、高温側内部熱交換器42の中心穴を通すため、再生器70を多数のセグメント71に分割せざるを得なかったが、もっと柔らかく、圧縮性のある発泡体であれば、分割数を減らしても挿入可能である。軟質ポリエチレン発泡体のように極く柔らかい材料であれば、全く分割しなくてもすぼめて高温側内部熱交換器42の中心穴を通すことができる。
In this embodiment, since the
以上本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
本発明は、冷凍機としてのスターリング機関だけでなく、外燃機関としてのスターリング機関にも利用可能である。 The present invention is applicable not only to a Stirling engine as a refrigerator but also to a Stirling engine as an external combustion engine.
1 スターリング機関
40 高温側伝熱ヘッド
41 低温側伝熱ヘッド
42 高温側内部熱交換器
43 低温側内部熱交換器
48 再生器シリンダ
70 再生器
71 セグメント
72 可撓性シート
A 伝熱ヘッドアセンブリ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記高温側内部熱交換器と低温側内部熱交換器の間に再生器を装着することを特徴とするスターリング機関の再生器組付け方法。 High temperature side heat transfer head, low temperature side heat transfer head constituting part of outer shell of Stirling engine, regenerator cylinder connecting the high temperature side heat transfer head and low temperature side heat transfer head, and high temperature side heat transfer head After the high temperature side internal heat exchanger mounted on the inner peripheral surface of the head and the low temperature side internal heat exchanger mounted on the inner peripheral surface of the low temperature side heat transfer head are combined into one assembly,
A regenerator assembly method for a Stirling engine, wherein a regenerator is mounted between the high temperature side internal heat exchanger and the low temperature side internal heat exchanger.
円筒状の発泡体からなり、該発泡体を軸線を含む分割面で分割したセグメントの集合により構成されることを特徴とする再生器。 A regenerator to which the regenerator assembly method according to claim 1 is applied,
A regenerator comprising a cylindrical foam and comprising a set of segments obtained by dividing the foam by a dividing surface including an axis.
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