JP3070830B2 - スターリング機関のクーラ構造 - Google Patents
スターリング機関のクーラ構造Info
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- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
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- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスターリング機関の
クーラ構造に関する。詳しくは、上板及び下板によって
固定支持される冷却器チューブを密封結合させるためフ
イラメトを溶融してろう付けすることができるように上
板及び下板に形成された溝と、上記上板と内部シリンダ
のあいだに内部シリンダの中で発生する熱が冷却器チュ
ーブの方に伝達されることを遮断する断熱部材と、上記
上板と下板外周面に冷却水の漏洩するのを防止する気密
部材を具備したスターリング機関のクーラ構造に関す
る。
クーラ構造に関する。詳しくは、上板及び下板によって
固定支持される冷却器チューブを密封結合させるためフ
イラメトを溶融してろう付けすることができるように上
板及び下板に形成された溝と、上記上板と内部シリンダ
のあいだに内部シリンダの中で発生する熱が冷却器チュ
ーブの方に伝達されることを遮断する断熱部材と、上記
上板と下板外周面に冷却水の漏洩するのを防止する気密
部材を具備したスターリング機関のクーラ構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のスターリング機関とその周辺部の
構成は図２及び図３の如くスターリング機関のシリンダ
上部分につくられたシリンダヘド１と、上記シリンダヘ
ド１の下端部に結合される外部シリンダ２と、上記外部
シリンダ２内につくられたディスプレイサー４の案内役
割をする内部シリンダ３と、上記内部シリンダ３内の中
で往復運動するディスプレイサー４と、上記ディスプレ
イサー４に結合して作動流体の漏れるのを防止するディ
スプレイサーシール１５と、上記ディスプレイサー４と
軸で結合される動力ピストン５と、
構成は図２及び図３の如くスターリング機関のシリンダ
上部分につくられたシリンダヘド１と、上記シリンダヘ
ド１の下端部に結合される外部シリンダ２と、上記外部
シリンダ２内につくられたディスプレイサー４の案内役
割をする内部シリンダ３と、上記内部シリンダ３内の中
で往復運動するディスプレイサー４と、上記ディスプレ
イサー４に結合して作動流体の漏れるのを防止するディ
スプレイサーシール１５と、上記ディスプレイサー４と
軸で結合される動力ピストン５と、
【０００３】上記シリンダヘッド１上部に接合連結され
て外部の熱源から熱エネルギを受け取る加熱器チューブ
６と、上記加熱器チューブ６の中を往復流動する作動流
体が再生器７を通じて流動する作動流体の通路役割をし
高温の作動流体の熱を放熱する冷却器チューブ８と、上
記冷却器チューブ８を固定支持する為冷却器チューブ８
上に設置した上板９と、上記上板９と対向して冷却器チ
ューブ８を下から固定支持する下板１０と、上記上板９
及び下板１０に固定支持される冷却器チューブ８を結合
させるフィラーメタルと、
て外部の熱源から熱エネルギを受け取る加熱器チューブ
６と、上記加熱器チューブ６の中を往復流動する作動流
体が再生器７を通じて流動する作動流体の通路役割をし
高温の作動流体の熱を放熱する冷却器チューブ８と、上
記冷却器チューブ８を固定支持する為冷却器チューブ８
上に設置した上板９と、上記上板９と対向して冷却器チ
ューブ８を下から固定支持する下板１０と、上記上板９
及び下板１０に固定支持される冷却器チューブ８を結合
させるフィラーメタルと、
【０００４】上記冷却器チューブ８内に有る作動流体の
熱を吸収する冷却水が吸入される様に外部シリンダ２に
作られた冷却水入口１１と、上記冷却水入口１１から吸
入された冷却水が冷却器チューブ８の熱を吸収した後外
部に吐出される様に外部シリンダ２に作られた冷却水出
口１２と、上記シリンダヘッド１と内部シリンダ３とデ
ィスプレイサー４の間に作られた膨脹空間１３と、上記
のディスプレイサー４と動力ピストン５の間に作られた
圧縮室１４とで構成されている。
熱を吸収する冷却水が吸入される様に外部シリンダ２に
作られた冷却水入口１１と、上記冷却水入口１１から吸
入された冷却水が冷却器チューブ８の熱を吸収した後外
部に吐出される様に外部シリンダ２に作られた冷却水出
口１２と、上記シリンダヘッド１と内部シリンダ３とデ
ィスプレイサー４の間に作られた膨脹空間１３と、上記
のディスプレイサー４と動力ピストン５の間に作られた
圧縮室１４とで構成されている。
【０００５】このように構成された従来のスターリング
機関の動作説明とこれによる問題点を次に説明する。図
２及び図３に図示したスターリング機関は密閉された容
器内の気体は加熱される場合は圧力が上昇し冷却される
場合は圧力が低下する原理を利用している。従って、デ
ィスプレイサー４と動力ピストン５が内部シリンダ３内
の中で往復運動をするに従がって作動流体が圧縮室１４
から冷却器チューブ８を過ぎ再生器７を通過して加熱器
チューブ６を過ぎ膨脹空間１３に行く時は圧力が上昇し
此の上昇した圧力は動力ピストン５に作用し動力ピスト
ン５を下の方に押し出す。
機関の動作説明とこれによる問題点を次に説明する。図
２及び図３に図示したスターリング機関は密閉された容
器内の気体は加熱される場合は圧力が上昇し冷却される
場合は圧力が低下する原理を利用している。従って、デ
ィスプレイサー４と動力ピストン５が内部シリンダ３内
の中で往復運動をするに従がって作動流体が圧縮室１４
から冷却器チューブ８を過ぎ再生器７を通過して加熱器
チューブ６を過ぎ膨脹空間１３に行く時は圧力が上昇し
此の上昇した圧力は動力ピストン５に作用し動力ピスト
ン５を下の方に押し出す。
【０００６】また、反対に膨脹空間１３から加熱器チュ
ーブ６、再生器７、冷却器チューブ８を通過し圧縮室１
４に行く時は作動流体が冷却し圧力が降下し動力ピスト
ン５は上の方に上昇する。従ってスターリング機関の動
作原理は作動流体の反復的な加熱と冷却の結果であると
いうことができる。此の様な加熱と冷却の為に内部シリ
ンダ３の中に作られた膨張空間１３から生じた膨張過程
から必要な熱量は外部の熱源から熱エネルギを受け取る
加熱は冷却器チューブ６を通じて獲得し、圧縮室１４で
生じる圧縮過程で発生する熱は冷却器チューブ８の周囲
を流動しながら冷却水によって冷却される。
ーブ６、再生器７、冷却器チューブ８を通過し圧縮室１
４に行く時は作動流体が冷却し圧力が降下し動力ピスト
ン５は上の方に上昇する。従ってスターリング機関の動
作原理は作動流体の反復的な加熱と冷却の結果であると
いうことができる。此の様な加熱と冷却の為に内部シリ
ンダ３の中に作られた膨張空間１３から生じた膨張過程
から必要な熱量は外部の熱源から熱エネルギを受け取る
加熱は冷却器チューブ６を通じて獲得し、圧縮室１４で
生じる圧縮過程で発生する熱は冷却器チューブ８の周囲
を流動しながら冷却水によって冷却される。
【０００７】此の場合、冷却水は外部シリンダ２に作ら
れた冷却水入口１１を通じて流れ入り冷却器チューブ８
の周囲を流動しながら冷却器チューブ８の中に有る高温
の作動流体を冷却させ自身は加熱して外部シリンダ２に
作られた冷却水出口１２を通じて外部に吐出される。こ
のように作動するスターリング機関は外部シリンダ２の
上部にシリンダヘド１が溶接或はろう付け結合される。
れた冷却水入口１１を通じて流れ入り冷却器チューブ８
の周囲を流動しながら冷却器チューブ８の中に有る高温
の作動流体を冷却させ自身は加熱して外部シリンダ２に
作られた冷却水出口１２を通じて外部に吐出される。こ
のように作動するスターリング機関は外部シリンダ２の
上部にシリンダヘド１が溶接或はろう付け結合される。
【０００８】又、作動流体の通路役割をし作動流体の熱
を放熱する冷却器チューブ８は上板９及び下板１０に固
定支持されるが、此の場合図３の如く冷却器チューブ８
各各を溶接するか或は熱を加へて溶融する金属フィラー
メタル１６を冷却器チューブ８へ各各一つずつ設置して
ろう付けする事により冷却器チューブ８と上板９及び下
板１０の間のすきまを密封し結合する。
を放熱する冷却器チューブ８は上板９及び下板１０に固
定支持されるが、此の場合図３の如く冷却器チューブ８
各各を溶接するか或は熱を加へて溶融する金属フィラー
メタル１６を冷却器チューブ８へ各各一つずつ設置して
ろう付けする事により冷却器チューブ８と上板９及び下
板１０の間のすきまを密封し結合する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】然し此の様な従来のス
ターリング機関は上板及び下板と冷却器チューブの間の
せまい領域で冷却器チューブ各各を密封させなければな
らない為費用が大きく必要で有り気密に対する信頼性が
低くくなり溶接及びろう付けの作業の場合冷却器チュー
ブの間のすきまを一定に維持しなければならない為一定
面積下に設置する冷却器チューブの数が制限を受け上板
及び下板に作られた穴と冷却器チューブの外径の寸法が
精密に加工させられなければならないという問題が有っ
た。
ターリング機関は上板及び下板と冷却器チューブの間の
せまい領域で冷却器チューブ各各を密封させなければな
らない為費用が大きく必要で有り気密に対する信頼性が
低くくなり溶接及びろう付けの作業の場合冷却器チュー
ブの間のすきまを一定に維持しなければならない為一定
面積下に設置する冷却器チューブの数が制限を受け上板
及び下板に作られた穴と冷却器チューブの外径の寸法が
精密に加工させられなければならないという問題が有っ
た。
【００１０】又内部シリンダ全体が一つに作られ上部高
温部から冷却水側の低温部方に熱が伝達されるので熱が
損失するという問題が有った。本発明の主な目的はろう
付けを利用してクーラ製作を容易にできる様にし、冷却
媒体（冷却水）とディスプレイサーシールとの接触する
部分を限定する事により冷却媒体（冷却水）に伝達され
る熱損失を減じ得る様にしたスターリング機関のクーラ
構造を提供する事に有る。
温部から冷却水側の低温部方に熱が伝達されるので熱が
損失するという問題が有った。本発明の主な目的はろう
付けを利用してクーラ製作を容易にできる様にし、冷却
媒体（冷却水）とディスプレイサーシールとの接触する
部分を限定する事により冷却媒体（冷却水）に伝達され
る熱損失を減じ得る様にしたスターリング機関のクーラ
構造を提供する事に有る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】斯くの如き本発明の目的
を達成する為の技術的手段は上板及び下板によって固定
支持される冷却器チューブを密封結合させるために上板
及び下板にフィラーメタルを満たすことができる溝を設
け、上記上板には内周側の下方に一定の長さを持つあご
を形成し、該あごと内部シリンダの間には内部シリンダ
の中で発生する熱が冷却器チューブの方に伝達されるの
を遮断する断熱部材を設け、上記内部シリンダは上下２
個の部材として凹凸構造で結合させ、上記上板と下板の
外周面には冷却水の漏洩を防止する気密部材を設けたこ
とにより成し遂げられた。
を達成する為の技術的手段は上板及び下板によって固定
支持される冷却器チューブを密封結合させるために上板
及び下板にフィラーメタルを満たすことができる溝を設
け、上記上板には内周側の下方に一定の長さを持つあご
を形成し、該あごと内部シリンダの間には内部シリンダ
の中で発生する熱が冷却器チューブの方に伝達されるの
を遮断する断熱部材を設け、上記内部シリンダは上下２
個の部材として凹凸構造で結合させ、上記上板と下板の
外周面には冷却水の漏洩を防止する気密部材を設けたこ
とにより成し遂げられた。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態によるスター
リング機関のクーラ構造と其の周辺部構成は、図１の如
くスターリング機関のシリンダ上部に作られたシリンダ
ヘドと結合される外部シリンダ１０１と、上記外部シリ
ンダ１０１内に作られディスプレイサーの案内役割をし
２個の凹凸で構成された内部シリンダ１０２と、
リング機関のクーラ構造と其の周辺部構成は、図１の如
くスターリング機関のシリンダ上部に作られたシリンダ
ヘドと結合される外部シリンダ１０１と、上記外部シリ
ンダ１０１内に作られディスプレイサーの案内役割をし
２個の凹凸で構成された内部シリンダ１０２と、
【００１３】上記外部シリンダ１０１と内部シリンダ１
０２の間に作られ熱を放熱させる冷却器チューブ１０３
と、上記冷却器チューブ１０３内に有る作動流体の熱を
吸収する冷却水が吸入される様に外部シリンダ１０１に
作られた冷却水入口１１２と、上記冷却水入口１１２か
ら吸入された冷却水が冷却器チューブ１０３の熱を吸収
した後外部に吐出される様に外部シリンダ１０１に作ら
れた冷却水出口１１３と、
０２の間に作られ熱を放熱させる冷却器チューブ１０３
と、上記冷却器チューブ１０３内に有る作動流体の熱を
吸収する冷却水が吸入される様に外部シリンダ１０１に
作られた冷却水入口１１２と、上記冷却水入口１１２か
ら吸入された冷却水が冷却器チューブ１０３の熱を吸収
した後外部に吐出される様に外部シリンダ１０１に作ら
れた冷却水出口１１３と、
【００１４】上記冷却器チューブ１０３を固定支持させ
る様に冷却器チューブ１０３の上に設置させられ内周側
の下方に一定の長さを持つあご１０４′が形成された上
板１０４と、上記上板１０４と対向して冷却器チューブ
１０３を固定支持させる様に冷却器チューブ１０３の下
の方に設置された下板１０５と、上記上板１０４と内部
シリンダ１０２の間に具備されて熱伝達を遮断する断熱
部材１０６と、上記上板１０４の上面と下板１０５の下
面に円周方向に一定の深さを持つ溝１０７と、
る様に冷却器チューブ１０３の上に設置させられ内周側
の下方に一定の長さを持つあご１０４′が形成された上
板１０４と、上記上板１０４と対向して冷却器チューブ
１０３を固定支持させる様に冷却器チューブ１０３の下
の方に設置された下板１０５と、上記上板１０４と内部
シリンダ１０２の間に具備されて熱伝達を遮断する断熱
部材１０６と、上記上板１０４の上面と下板１０５の下
面に円周方向に一定の深さを持つ溝１０７と、
【００１５】上記溝１０７に冷却器チューブ１０３が挿
入れる事が出来る様に作られた穴１０８と、上記穴１０
８に挿入された冷却器チューブ１０３を密封結合する為
溝１０７に溶融してろう付けするフィラーメタル１０９
と、上記上板１０４及び下板１０５の外周面に冷却水の
漏れるのを防止する気密部材１１０と、上記外部シリン
ダ１０１と内部シリンダ１０２の間に具備され冷却器チ
ューブ１０３を冷却する冷却水の流れを円滑にするため
に設けられたバッフル１１１とで構成する。
入れる事が出来る様に作られた穴１０８と、上記穴１０
８に挿入された冷却器チューブ１０３を密封結合する為
溝１０７に溶融してろう付けするフィラーメタル１０９
と、上記上板１０４及び下板１０５の外周面に冷却水の
漏れるのを防止する気密部材１１０と、上記外部シリン
ダ１０１と内部シリンダ１０２の間に具備され冷却器チ
ューブ１０３を冷却する冷却水の流れを円滑にするため
に設けられたバッフル１１１とで構成する。
【００１６】斯くの如く構成された本発明の動作及び作
用効果は図１で示した如く長さの方向に一定の厚さの端
を持つ上板１０４と下板１０５は各各の上面と下面に一
定深さの溝１０７が円周方向に作られている。又、溝１
０７には冷却器チューブ１０３との結合の為穴１０８が
作られており図１の（Ｃ）図の如く冷却器チューブ１０
３を穴１０８に挿入した後上板１０４及び下板１０５に
作られた溝１０７に溝の深さ以上にろう付け用フィラー
メタル１０９を溶融して冷却器チューブ１０３を上板及
び下板に密封結合させる。
用効果は図１で示した如く長さの方向に一定の厚さの端
を持つ上板１０４と下板１０５は各各の上面と下面に一
定深さの溝１０７が円周方向に作られている。又、溝１
０７には冷却器チューブ１０３との結合の為穴１０８が
作られており図１の（Ｃ）図の如く冷却器チューブ１０
３を穴１０８に挿入した後上板１０４及び下板１０５に
作られた溝１０７に溝の深さ以上にろう付け用フィラー
メタル１０９を溶融して冷却器チューブ１０３を上板及
び下板に密封結合させる。
【００１７】此の場合、上板１０４及び下板１０５に結
合された冷却器チューブ１０３の長さを上板１０４及び
下板１０５の厚さよりも長くした状態でフィラーメタル
１０９を溝の深さよりも厚く溶融してろう付けした後け
ずれば良い。
合された冷却器チューブ１０３の長さを上板１０４及び
下板１０５の厚さよりも長くした状態でフィラーメタル
１０９を溝の深さよりも厚く溶融してろう付けした後け
ずれば良い。
【００１８】又、内周側の下方に一定の長さを持つあご
１０４´が作られた上板１０４と２個の凹凸構造で結合
された内部シリンダ１０２の間に断熱部材１０６を具備
し内部シリンダ１０２内部で生じた熱が冷却器チューブ
１０３の方に伝達される事を遮断する。其れから上板１
０４に作られたあご１０４′の外周面と下板１０５の外
周面に気密部材１１０を具備し、冷却水入口１１２を通
じて吸入された冷却水が上板１０４及び下板１０５に固
定支持された冷却器チューブ１０３内に有る作動流体の
熱を吸収した後冷却水出口１１３を通じて吐出される途
中で漏洩するのを防止する。
１０４´が作られた上板１０４と２個の凹凸構造で結合
された内部シリンダ１０２の間に断熱部材１０６を具備
し内部シリンダ１０２内部で生じた熱が冷却器チューブ
１０３の方に伝達される事を遮断する。其れから上板１
０４に作られたあご１０４′の外周面と下板１０５の外
周面に気密部材１１０を具備し、冷却水入口１１２を通
じて吸入された冷却水が上板１０４及び下板１０５に固
定支持された冷却器チューブ１０３内に有る作動流体の
熱を吸収した後冷却水出口１１３を通じて吐出される途
中で漏洩するのを防止する。
【００１９】上記内部シリンダ１０２は上板１０４の内
周側に具備された気密部材１１０が有る所で２個の凹凸
構造で結合されて居り冷却水入口１１２で吸入された冷
却水は内部シリンダ１０２の一部分すなわちディスプレ
イサーシールが往復運動をしながら内部シリンダ１０２
と接触する部分だけと接触する様になり熱損失を防止す
る事が出来る。又冷却器チューブ１０３の中間にバッフ
ル１１１を具備し冷却水入口１１２を通じて吸入された
冷却水の流れを円滑に成し遂げる様にする。
周側に具備された気密部材１１０が有る所で２個の凹凸
構造で結合されて居り冷却水入口１１２で吸入された冷
却水は内部シリンダ１０２の一部分すなわちディスプレ
イサーシールが往復運動をしながら内部シリンダ１０２
と接触する部分だけと接触する様になり熱損失を防止す
る事が出来る。又冷却器チューブ１０３の中間にバッフ
ル１１１を具備し冷却水入口１１２を通じて吸入された
冷却水の流れを円滑に成し遂げる様にする。
【００２０】
【発明の効果】以上、詳しく説明した如く上板及び下板
に作られた溝に結合される冷却器チューブの長さを上板
及び下板の厚さより長く形成しろう付け用フィラーメタ
ルを上板及び下板に形成された溝に溶融してろう付けす
る事により、気密維持の信頼性が向上される効果が有
る。又冷却器チューブを一つずつ上板及び下板に結合す
るのではないため冷却器チューブの間の距離は問題にな
らない。また一定の面積下で冷却器チューブを組立する
事が出来る最大限の数まで設置する事が出来加工が簡単
となり費用が節減出来る効果が有る。また、冷却水入口
で吸入された冷却水は凹凸構造に作られた内部シリンダ
にディスプレイサーシールが往復運動をしながら接触す
る部分だけと接触するため内部シリンダを通じた熱の損
失を防止する効果が有る。
に作られた溝に結合される冷却器チューブの長さを上板
及び下板の厚さより長く形成しろう付け用フィラーメタ
ルを上板及び下板に形成された溝に溶融してろう付けす
る事により、気密維持の信頼性が向上される効果が有
る。又冷却器チューブを一つずつ上板及び下板に結合す
るのではないため冷却器チューブの間の距離は問題にな
らない。また一定の面積下で冷却器チューブを組立する
事が出来る最大限の数まで設置する事が出来加工が簡単
となり費用が節減出来る効果が有る。また、冷却水入口
で吸入された冷却水は凹凸構造に作られた内部シリンダ
にディスプレイサーシールが往復運動をしながら接触す
る部分だけと接触するため内部シリンダを通じた熱の損
失を防止する効果が有る。
【図１】本発明のスターリング機関の実施の形態を示す
縦断面図で、（Ａ）はクーラ構造を示す断面図。（Ｂ）
は（Ａ）のＡ−Ａ´線断面図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ部拡
大図である。
縦断面図で、（Ａ）はクーラ構造を示す断面図。（Ｂ）
は（Ａ）のＡ−Ａ´線断面図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ部拡
大図である。
【図２】従来のスターリング機関の縦断面図である。
【図３】従来のスターリング機関の冷却器チューブの接
合図で、（Ａ）は溶接で接合する場合を示す断面図、
（Ｂ）はろう付けで接合する場合を示す断面図である。
合図で、（Ａ）は溶接で接合する場合を示す断面図、
（Ｂ）はろう付けで接合する場合を示す断面図である。
１０１…外部シリンダ １０２…内部シリンダ １０３…冷却器チューブ １０４…上板 １０５…下板 １０６…断熱部材 １０７…溝 １０８…穴 １０９…フィラーメタル １１０…気密部材 １１１…バッフル
Claims (4)
- 【請求項１】 上板及び下板によって固定支持される冷
却器チューブを密封結合させるために上板及び下板にフ
ィラーメタルを満たすことができる溝を設け、上記上板
には内周側の下方に一定の長さを持つあごを形成し、該
あごと内部シリンダの間には内部シリンダの中で発生す
る熱が冷却器チューブの方に伝達されるのを遮断する断
熱部材を設け、上記内部シリンダは上下２個の部材とし
て凹凸構造で結合させ、上記上板と下板の外周面には冷
却水の漏洩を防止する気密部材を設けたことを特徴とす
るスターリング機関のクーラ構造。 - 【請求項２】 上記気密部材はＯ−リングであることを
特徴とする請求項１記載のスターリング機関のクーラ構
造。 - 【請求項３】 上記冷却器チューブの長手方向中間程度
の位置に冷却水の流れを円滑にするためのバッフルを具
備することを特徴とする請求項１記載のスターリング機
関のクーラ構造。 - 【請求項４】 上記溝は上板及び下板に円周方向に形成
されていることを特徴とする請求項１記載のスターリン
グ機関のクーラ構造。
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