JP2010513786A - Annular regenerator assembly - Google Patents
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Abstract
内側スリーブ(2)および外側スリーブ(3)のそれぞれによって内面および外面が境界付けられる環状再生器媒体(1)を備える環状再生器アセンブリ。スリーブのうちの少なくとも一方は、スリーブの周囲で延び且つ再生器媒体から離れる方向に突出する環状シール突起を形成するための屈曲部(4)を有する。
【選択図】 図1An annular regenerator assembly comprising an annular regenerator medium (1) whose inner and outer surfaces are bounded by an inner sleeve (2) and an outer sleeve (3), respectively. At least one of the sleeves has a bend (4) for forming an annular seal projection extending around the sleeve and projecting away from the regenerator medium.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は環状再生器アセンブリに関する。 The present invention relates to an annular regenerator assembly.
環状再生器アセンブリは、スターリングマシン、より具体的にはリニアフリーピストンスターリングエンジンのために設計されてきた。しかしながら、再生器は、環状再生器が必要とされる任意の状況で使用できる。 Annular regenerator assemblies have been designed for Stirling machines, more specifically linear free piston Stirling engines. However, the regenerator can be used in any situation where an annular regenerator is required.
環状再生器は、スターリングエンジンの分野で周知である。多くの異なる再生器材料が、使用されてもよく、また、ワイヤ、箔、ガーゼ、または、発泡体タイプの材料として広く分類され得る。 Annular regenerators are well known in the field of Stirling engines. Many different regenerator materials may be used and may be broadly classified as wire, foil, gauze, or foam type materials.
出願人によって使用される現在の方法は、内部アクセプタフィンが所定位置に蝋付けされた後にスターリングエンジンヘッド内の環状再生器空間内へとランダムワイヤを詰め込むことである。これは、費用効率が高い大量生産には適さない労働集約的プロセスである。 The current method used by the applicant is to pack random wires into the annular regenerator space in the Stirling engine head after the internal acceptor fins are brazed in place. This is a labor intensive process that is not suitable for cost-effective mass production.
内側スリーブおよび外側スリーブのそれぞれによって内面および外面が境界付けられる再生器アセンブリを有することは、当分野において周知である(例えば、特開第62−082264号公報、米国特許第6,862,883号明細書、および、米国特許第2006/0118273号明細書)。これらは、多くの理由のため、例えば再生器要素を所定位置に維持するために設けられる。 It is well known in the art to have a regenerator assembly whose inner and outer surfaces are bounded by an inner sleeve and an outer sleeve, respectively (e.g., Japanese Patent No. 62-082264, US Pat. No. 6,862,883). Description and US 2006/0118273). These are provided for many reasons, for example to keep the regenerator element in place.
ガス流が再生器を迂回できないことは、エンジンの効率的な動作にとって非常に重要である。この目的のため、特開第62−082264号公報は、それぞれのスリーブをシリンダおよびケーシングと共にシールするOリングを提供する。 The inability of the gas flow to bypass the regenerator is very important for efficient engine operation. For this purpose, JP-A-62-082264 provides an O-ring that seals each sleeve together with the cylinder and casing.
そのような構造は多くの欠点を有する。Oリングの使用は、それが高温用途での使用に適さないことを意味しており、必要とされる構成要素の数を増大させる。 Such a structure has a number of drawbacks. The use of an O-ring means that it is not suitable for use in high temperature applications, increasing the number of components required.
本発明によれば、内側スリーブおよび外側スリーブのそれぞれによって内面および外面が境界付けられる環状再生器媒体を備え、スリーブのうちの少なくとも一方が、当該スリーブの周囲で延び且つ再生器媒体から離れる方向に突出する環状シール突起を形成する屈曲部を有する、環状再生器アセンブリが提供される。 According to the present invention, an annular regenerator medium is provided whose inner and outer surfaces are bounded by an inner sleeve and an outer sleeve, respectively, at least one of the sleeves extending in a direction away from the regenerator medium. An annular regenerator assembly is provided having a bend forming a protruding annular seal protrusion.
本発明は、大量生産に適し且つ高温エンジンで使用され得る簡単な再生器構造を提供する。また、本発明は、熱膨脹差に伴う問題を受け易いスリーブと周囲の構成要素との間の精密許容差に依存しない。 The present invention provides a simple regenerator structure that is suitable for mass production and can be used in high temperature engines. Also, the present invention does not rely on precise tolerances between the sleeve and the surrounding components that are susceptible to problems associated with thermal expansion differences.
上記再生器アセンブリは、エンジンシリンダとエンジンケーシングとの間でのシールを提供する環状シール突起を伴ってエンジンヘッド内の所定位置に簡単に押し込むことができる単一構成部品として製造することができる。 The regenerator assembly can be manufactured as a single component that can be easily pushed into place in the engine head with an annular seal projection that provides a seal between the engine cylinder and the engine casing.
最も広い意味では、シール突起がスリーブの一方だけに設けられてもよい。この場合、何らかの別のシール機構が他方のスリーブに設けられる。しかしながら、それぞれの環状シール突起がスリーブのそれぞれに設けられることが好ましい。 In the broadest sense, the sealing protrusion may be provided on only one of the sleeves. In this case, some other sealing mechanism is provided on the other sleeve. However, it is preferred that each annular seal projection be provided on each of the sleeves.
本発明は、各スリーブ上の単一の突起でも機能する。しかしながら、上記のスリーブまたは各スリーブに2つ以上の環状シール突起があり、各突起がスリーブのそれぞれの屈曲部によって形成されることが好ましい。 The present invention also works with a single protrusion on each sleeve. However, it is preferred that the sleeve or each sleeve has two or more annular seal protrusions, each protrusion being formed by a respective bent portion of the sleeve.
また、本発明は、本発明の第1の態様に係る環状再生器アセンブリを形成する方法にも及ぶ。この方法は、広く、内側環状スリーブと外側環状スリーブとを組み合わせるステップと、上記スリーブのうちの少なくとも一方を曲げて、当該スリーブの周囲で延びる環状シール突起を形成するステップと、上記アセンブリに再生器媒体を充填するステップとを備えるものとして規定される。 The invention also extends to a method of forming an annular regenerator assembly according to the first aspect of the invention. The method broadly includes combining an inner annular sleeve and an outer annular sleeve, bending at least one of the sleeves to form an annular seal protrusion extending around the sleeve, and a regenerator in the assembly. Filling the medium.
再生器媒体が遊離する要素を有する可能性が高いタイプのものである場合、上記方法は、充填ステップの前にスリーブ間の空間を一端で覆うエンドキャップを取り付けるステップ、および、充填ステップの後に再生器アセンブリの反対側の端部上にエンドキャップを取り付けるステップも含むことが好ましい。 If the regenerator medium is of the type likely to have a free element, the method includes attaching an end cap that covers the space between the sleeves at one end prior to the filling step, and regenerating after the filling step. Preferably, the method also includes attaching an end cap on the opposite end of the vessel assembly.
曲げるステップは、アセンブリが再生器媒体で満たされる前または後に行なわれてもよい。 The bending step may be performed before or after the assembly is filled with the regenerator medium.
また、上記方法は、エンジン内に組み付ける前にエンドキャップを取り外すステップを含んでいてもよい。 The method may also include the step of removing the end cap prior to assembly into the engine.
ここで、添付図面を参照して、本発明に係る再生器アセンブリの一例について説明する。 An example of a regenerator assembly according to the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
再生器は、環状形態を有する蓄熱材料1を備える。この蓄熱材料は、ワイヤ、箔、ガーゼ、または、発泡体などの任意の適した材料であってもよい。再生器材料1の内面は内側円筒スリーブ2によって境界付けられ、外面は外側円筒スリーブ3によって境界付けられる。各スリーブには、端部から離間され且つスリーブの周囲にわたって延在される一対の屈曲部4が設けられる。これらの屈曲部は、スリーブを取り囲む環状シールリップを提供する回旋状部を形成する。 The regenerator includes a heat storage material 1 having an annular shape. The heat storage material may be any suitable material such as wire, foil, gauze, or foam. The inner surface of the regenerator material 1 is bounded by an inner cylindrical sleeve 2 and the outer surface is bounded by an outer cylindrical sleeve 3. Each sleeve is provided with a pair of bends 4 spaced from the ends and extending around the sleeve. These bends form a convoluted portion that provides an annular seal lip surrounding the sleeve.
上側エンドキャップ5および下側エンドキャップ6がアセンブリの上端および下端のそれぞれを覆って取り付けられる。これらのエンドキャップは、再生器アセンブリの端部上にキャップを位置決めするのに役立つように内側リップ7および外側リップ8を有する。 An upper end cap 5 and a lower end cap 6 are attached over each of the upper and lower ends of the assembly. These end caps have an inner lip 7 and an outer lip 8 to help position the cap on the end of the regenerator assembly.
再生器アセンブリを組み立てるため、スリーブ2,3が下側キャップ6内に一括して保持される。その後、上側キャップ5が所定位置に取り付けられる前に、円筒体同士の間に形成された環状空間内へ再生器材料が特定の密度まで詰め込まれる。エンドキャップは、輸送中にアセンブリの内容物を保持するとともに、構造的完全性も与える。 To assemble the regenerator assembly, the sleeves 2 and 3 are held together in the lower cap 6. Thereafter, before the upper cap 5 is mounted in place, the regenerator material is packed to a specific density into the annular space formed between the cylinders. The end cap holds the contents of the assembly during transport and also provides structural integrity.
屈曲部は、例えば米国特許第6,044,678号明細書に記載されるバルジ成形プロセスによって、組み立て前に形成されてもよい。あるいは、これらの屈曲部は、再生器が組み立てられた後に形成されてもよい。この場合、エンドキャップが取り外され、成形プロセスが2つのスリーブをそれらの長さの大部分に沿って周方向隙間だけを残して一緒に圧縮し、それにより、圧縮されないリングとして屈曲部が形成される。その結果、円筒体が内部の充填物に抗して圧縮され、それにより、充填プロセス後に残る任意の充填空隙が除去される。必要に応じて、その後、圧縮形状に適合する寸法を有するエンドキャップの他の組が輸送のために取り付けられる。箔などの充填材料が使用される場合には、輸送のためにエンドキャップが必要とされなくてもよい。 The bends may be formed prior to assembly, for example by a bulge forming process described in US Pat. No. 6,044,678. Alternatively, these bends may be formed after the regenerator is assembled. In this case, the end cap is removed and the molding process compresses the two sleeves together along most of their length, leaving only a circumferential gap, thereby forming a bend as an uncompressed ring. The As a result, the cylinder is compressed against the internal filling, thereby removing any filling voids remaining after the filling process. If necessary, another set of end caps having dimensions that fit the compressed shape is then attached for transport. If a filling material such as foil is used, an end cap may not be required for shipping.
当該方法は、再生器材料としてのランダムスチールワイヤと共に使用することができる。しかしながら、該方法は、箔、細目の金網または発泡体などの更に硬質な再生器材料と共に使用することもできる。この構造の利点のうちの1つは、それが更に硬質な材料と共に使用されるときに得られる。当然ながら、これらの材料は、再生器通路を形成する不規則な空間を、ランダムワイヤが満たすのと同じようには満たさない。したがって、これらの更に硬質な材料に基づく再生器は、一体の環状シールリングを使用するそのようなスリーブ構造の利益を享受する。 The method can be used with random steel wire as a regenerator material. However, the method can also be used with more rigid regenerator materials such as foil, fine wire mesh or foam. One of the advantages of this structure is obtained when it is used with more rigid materials. Of course, these materials do not fill the irregular space forming the regenerator passage in the same way that random wires fill. Thus, regenerators based on these harder materials enjoy the benefits of such a sleeve structure that uses an integral annular seal ring.
再生器アセンブリのスターリングエンジンへの組み付けが図2に示されている。図2はエンジンのヘッドの一部を示している。エンジンは、その上端にアクセプタフィン12の環状配列が設けられるケーシング10を備える。エンジンに組み付けられる前にエンドキャップ5,6が除去される。その後、アセンブリがエンジンヘッド内に押し込まれる。環状シール突起4はそれらがエンジンに嵌合する際に圧縮し、それにより、スリーブ2,3が許容できる程度まで変形し、その結果、シールが形成されている表面が不均一或いは非円筒状であっても、シールが形成される(製造公差の範囲内まで)。
The assembly of the regenerator assembly to the Stirling engine is shown in FIG. FIG. 2 shows a part of the engine head. The engine includes a
ワイヤ粒子がエンジンのボディ内へと広がるのを防止するために、カートリッジがランダムワイヤを収容する場合には、カートリッジの上下に焼結リングが必要とされてもよい。これらの焼結リング(適切な固定手段、例えば、図示のような位置決めリップを有する)は、永久的にシールされる構成要素を形成し且つ更なる構成要素および取り付け作業の必要性を回避するためにエンドキャップ5,6の代わりに使用することができる。 In order to prevent the wire particles from spreading into the body of the engine, if the cartridge contains random wires, a sintered ring may be required above and below the cartridge. These sintered rings (with appropriate fastening means, for example with a positioning lip as shown) form a permanently sealed component and avoid the need for further components and mounting operations Can be used instead of the end caps 5 and 6.
内側および外側シール突起4は、シールを形成して作動中にガスが再生器材料を迂回するのを防止するため、ケーシング10およびシリンダ11に対して強固に押し付く。説明した例において、スリーブ、ケーシング、および、シリンダは全て、ステンレススチールから製造されており、そのため、熱膨張に差がなく、また、全ての動作温度でシールが維持される。
The inner and outer seal protrusions 4 press firmly against the
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