JP3790252B2 - 熱交換器およびスターリング機関 - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器および該熱交換器を備えたスターリング機関に関し、特に、熱交換器を構成する熱交換部材と外殻体(円筒状部材)との接触構造に関する。
従来から、冷凍機などにおける熱交換器には熱交換を行うための熱交換部材が装着される。たとえば、特開2001−91075号公報にはスターリング機関用の熱交換器が記載され、該熱交換器は、円筒状部材と、熱交換部材としてのコルゲートフィンとを備えている。コルゲートフィンは円筒状部材の内側に取付けられるが、その際にリング状部材を用いてコルゲートフィンを円筒状部材側に押圧し、それにより円筒状部材にコルゲートフィンを圧着する。
また、特開2003−251459号公報には、円筒ケース内に熱交換部材を装着した冷凍機の熱交換器が記載されている。該熱交換器では、熱交換部材の外周面と円筒ケースの内周面との少なくとも一方にメッキ層を形成し、該メッキ層との共晶反応で形成した共晶合金により円筒ケースと熱交換部材との間の伝熱面を接合している。
特開2001−91075号公報
特開2003−251459号公報
しかし、特開2001−91075号公報に記載の熱交換器のようにコルゲートフィンを円筒状部材の内周面に圧着しただけでは、コルゲートフィンと円筒状部材との接触面積を十分に確保することが困難である。コルゲートフィンと円筒状部材との接触面積が不十分であると、コルゲートフィンから円筒状部材への熱伝達効率が低下し、結果的に熱交換器の性能が低下するという問題が生じる。
また、特開2003−251459号公報に記載のように、メッキ層との共晶反応で形成した共晶合金により円筒ケースと熱交換部材との間の伝熱面を接合したとしても、共晶合金形成前の段階で円筒ケースとメッキ層との接触面積が不十分であると、結果的に十分な接触面積を確保することは困難となる。したがって、特開2001−91075号公報の場合と同様の問題が生じ得る。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換部材と、該熱交換部材が装着される外殻体との間の接触面積を増大することが可能となる熱交換器および該熱交換器を備えたスターリング機関を提供することを目的とする。
本発明に係る熱交換器は、金属製の外殻体と、この外殻体周面に装着される金属製の熱交換部材と、外殻体の周面と熱交換部材の周面との少なくとも一方に金属材料で形成された被覆層とを備え、被覆層の硬度を熱交換部材の硬度よりも低くして、外殻体に熱交換部材を圧接する。なお本願明細書において「熱交換部材」とは、作動媒体などとの間で熱交換を行う機能を有する部材のことを称する。また、被覆層は、外殻体の周面および/または熱交換部材の周面の少なくとも一部を被覆するものであればよい。
外殻体と熱交換部材との間に、被覆層を構成する金属材料と、外殻体と熱交換部材の少なくとも一方を構成する金属材料とを合金化することで形成された合金層を形成するとよい。また、被覆層を溶融した後に固化させるようにしてもよい。
上記外殻体は、たとえば円筒状部材で構成することができ、熱交換部材は、たとえばコルゲートフィンで構成することができる。この場合、熱交換部材を外殻体の内部に装着する。
本発明に係るスターリング機関は上述の熱交換器を備える。
本発明の熱交換器では、外殻体に熱交換部材を圧接しているので、単に熱交換部材や外殻体を被覆層に当接する場合と比較して、熱交換部材や外殻体と、被覆層との接触面積を増大することができる。被覆層は外殻体の表面と熱交換部材の表面との少なくとも一方に形成されることから、熱交換部材や外殻体の一部であると言える。したがって、熱交換部材や外殻体と、被覆層との接触面積が増大することにより、結果的に熱交換部材と外殻体との間の熱交換性能を向上することができる。
また、被覆層を溶融させて熱交換部材や外殻体との合金化による合金層を形成することにより、熱交換部材と外殻体との間の接触面積がさらに増大して熱交換性能をさらに向上することができる。
また、被覆層を溶融させて熱交換部材や外殻体との合金化による合金層を形成することにより、熱交換部材と外殻体との間の接触面積がさらに増大して熱交換性能をさらに向上することができる。
本発明のスターリング機関は上記のような熱交換器を備えているので、熱交換部材と外殻体との間の接触面積が確保された高性能な熱交換器を備えたスターリング機関が得られる。
以下、図1〜図10を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換器1の斜視図である。図2は、図1に示す熱交換器1の部分拡大図である。
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換器1の斜視図である。図2は、図1に示す熱交換器1の部分拡大図である。
本実施の形態1における熱交換器は、金属製の筒状または有底筒状の外殻体と、この外殻体内周面に装着される金属製の熱交換部材と、外殻体の内周面と熱交換部材の外側表面との少なくとも一方に形成された被覆層とを備える。図1の例では、熱交換器1は、外殻体としての金属製の円筒状部材または有底円筒状部材(放熱部または吸熱部となる部材:以下円筒状部材と称す)4と、該円筒状部材4に装着される熱交換部材としての金属製のコルゲートフィン2と、金属製のリング状部材3とを備える。
円筒状部材4は、たとえば銅(Cu)、銅合金、ステンレス、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金などの熱伝導性に優れた金属材料(合金を含む)あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料で構成することができる。
図1の例では、円筒状部材4の内側に、コルゲートフィン2を装着している。コルゲートフィン2は、作動媒体との間で熱交換を行う部材であり、コルゲートフィン2の外径は円筒状部材4の内径とほぼ等しい大きさに設定しておく。それにより、コルゲートフィン2の内周に、円筒状部材4の径方向外方に向かう方向の力を付与することで、コルゲートフィン2の外周面を円筒状部材4の内周面に押し付けることができ、コルゲートフィン2の外周面を円筒状部材4の内周面に圧接することができる。該コルゲートフィン2は、たとえば銅や銅合金で作製可能である。
リング状部材3は、主としてコルゲートフィン2を円筒状部材4の内周面に押し付けて固定する機能を有し、円筒状部材4と同じ材料で構成することもできるが、円筒状部材4と異なる材料で構成してもよい。たとえばコルゲートフィン2を構成する材料よりも硬度の高い材料でリング状部材3を構成することが考えられる。
リング状部材3は、典型的には、コルゲートフィン2の内径よりも若干大きい外径を有し、円筒状部材4の内側にコルゲートフィン2を装着した後にコルゲートフィン2の内側に圧入される。このとき、コルゲートフィン2を構成する材料よりも硬度の高い材料でリング状部材3を構成することにより、上記圧入時のリング状部材3の変形量を低減することができ、円筒状部材4の径方向外方に向かう力をコルゲートフィン2に確実かつ効果的に付与することができる。
本実施の形態1では、図2に示すように、円筒状部材4の内周面上に被覆層5を形成している。図2に示すように、コルゲートフィン2は、外周部2aと、内周部2bと、これらを接続し円筒状部材4の径方向に延在する接続部とを有しており、その周方向に周期的な凹凸形状を有する。このコルゲートフィン2の外周部2aが円筒状部材4の内周面上の被覆層5に圧接され、コルゲートフィン2の内周部2bがリング状部材3の外周面に圧接される。
被覆層5は、典型的には金属で構成されるが、金属以外の材料を使用することも考えられる。被覆層5を金属で構成する場合、メッキや蒸着などの手法で形成可能である。たとえば、延性および熱伝導性に優れた金(Au)などを被覆層5として使用することが考えられる。該被覆層5は、典型的には円筒状部材4の内周面全面上に数μm程度の厚みで形成すればよいが、必要な箇所にのみ選択的に形成することも可能である。また、被覆層5は、単層構造であってもよく、複数層の積層構造で構成されてもよい。複数層の積層構造で被覆層5を構成する場合、各層の材質、硬度、厚みなどを同様のものとしてもよいが、これらを異ならせてもよい。
本実施の形態1では、被覆層を変形させるように外殻体に熱交換部材を装着することを重要な特徴とする。図1および図2の例では、被覆層5を変形させるように円筒状部材4内にコルゲートフィン2を装着している。たとえば円筒状部材4内にコルゲートフィン2を圧入することで被覆層5を変形させるようにしてもよく、円筒状部材4内にコルゲートフィン2を挿入した後にリング状部材3などによりコルゲートフィン2を円筒状部材4側に押圧することでコルゲートフィン2の外周部2aによって被覆層5を変形させることができる。
このように被覆層5を変形させるように円筒状部材4にコルゲートフィン2を圧着しているので、変形した被覆層5を介してコルゲートフィン2を円筒状部材4に装着することも可能となり、またコルゲートフィン2と円筒状部材4との接触部の周囲に被覆層5を配置することもできる。いずれの場合も、単にコルゲートフィン2を被覆層5に当接する場合と比較して、コルゲートフィン2と被覆層5との接触面積を増大することができる。そればかりでなく、被覆層5を圧縮変形させることで、被覆層5と、コルゲートフィン2および/または円筒状部材4との間の微小な隙間を低減することもできる。このことも、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間の接触面積増大に寄与し得る。
なお、被覆層5の硬度を、コルゲートフィン2と円筒状部材4との少なくとも一方、好ましくはコルゲートフィン2の硬度よりも低くすると良い。それにより、被覆層5を容易に変形させることができるばかりでなく、コルゲートフィン2と被覆層5との接触面積をさらに増大することも可能となる。
図3に、図2におけるコルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4の内周部との接合部(当接部)の拡大図を示す。
図3の例では、コルゲートフィン2の外周部2aを被覆層5に押圧することで被覆層5を変形させており、それに伴いコルゲートフィン2の外周部2aの周囲に被覆層5の盛上り部が形成されている。このようにコルゲートフィン2の外周部2aを被覆層5内に押し込むことにより、コルゲートフィン2の外周部2aの側壁面上に被覆層5を延在させることができ、コルゲートフィン2と被覆層5との接触面積を増大することができる。そればかりでなく、被覆層5はコルゲートフィン2と円筒状部材4との間で圧縮変形されるので、コルゲートフィン2の外周部2aの表面近傍や、円筒状部材4の内周面近傍などに存在し得る微小な隙間に被覆層5を入り込ませることもできる。このことも、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間の接触面積増大に効果的に寄与し得る。
図4に、本実施の形態1の変形例を示す。図4の例では、図3に示す状態の被覆層5を加熱して溶融させ、その後固化している。このように被覆層5を溶融させることで、コルゲートフィン2と被覆層5との接触面積をさらに増大することができることに加えて、コルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4との間に存在し得る上記の微小隙間をさらに低減することもできる。なお、被覆層5の材料としてコルゲートフィン2に対し濡れ性の良好な材料を選択することにより、コルゲートフィン2の近傍に位置する被覆層5を溶融時にコルゲートフィン2の表面に付着させることができ、接触面積をさらに増大することができる。
被覆層5に加える加熱処理の温度を適切に調節することにより、被覆層5を溶融させた際に、被覆層5を構成する金属材料と、コルゲートフィン2と円筒状部材4の少なくとも一方を構成する金属材料とを合金化して合金層を形成することができる。たとえば、コルゲートフィン2と円筒状部材4の少なくとも一方を銅材料で構成し、被覆層5を10μm程度の厚みのCu−Sn−Ag(Bi)層やCu−Sn−Ag(In)層で構成することにより、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間に合金層を形成することができる。この場合も、上記の場合と同様の効果を期待できる。
なお、上記以外のはんだ材(Sn−Ag系はんだ材、無鉛はんだ材など)も被覆層5の材料として使用可能である。また、被覆層5に不純物としてビスマス(Bi)を含有させることにより、合金化温度を220℃程度まで低下させることができる。
(実施の形態2)
次に、図5〜図7を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。
次に、図5〜図7を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施の形態2では、熱交換部材側に被覆層を形成している。具体的には、図5に示すように、コルゲートフィン2の表面上に上述の被覆層5を形成している。それ以外の構成については基本的に実施の形態1の場合と同様である。本実施の形態2の場合も、実施の形態1と同様の効果を期待できる。
図6に、図5におけるコルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4の内周部との接合部(当接部)の拡大図を示す。
図6に示すように、本実施の形態2では、コルゲートフィン2が円筒状部材4側に押し付けられることにより、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間に位置する被覆層5が変形して、円筒状部材4の表面に沿って横方向に張出すこととなる。また、被覆層5が圧縮変形されるので、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間の前述の微小な隙間をも低減することができる。したがって、実施の形態1の場合と同様に、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間の接触面積を増大することができる。
図7に、本実施の形態2の変形例を示す。図7に示すように、実施の形態1の場合と同様に、図6に示す状態の被覆層5を加熱して溶融させ、その後固化させてもよい。本変形例の場合も、被覆層5の材料として円筒状部材4に対し濡れ性の良好な材料を選択することにより、被覆層5を溶融させた際に、円筒状部材4の近傍に位置する被覆層5を円筒状部材4の表面に付着させることができる。それにより、図6の場合と同等以上の接触面積を確保することができる。また、被覆層5を溶融させることで、コルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4との間の前述の微小な隙間をさらに低減することができる。
さらに、実施の形態1の場合と同様に、被覆層5を溶融させた際に、被覆層5を構成する金属材料と、コルゲートフィン2と円筒状部材4の少なくとも一方を構成する金属材料とを合金化することで形成された合金層を形成してもよい。なお、各要素の具体的な材料としては実施の形態1の場合と同様のものを使用可能である。また、コルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4の双方の表面上に単層または複数層の被覆層5を形成してもよい。
(実施の形態3)
次に、図8を用いて、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3では、外殻体の表面と、熱交換部材の表面との少なくとも一方に、選択的に被覆層を形成する。より詳しくは、外殻体と熱交換部材との接合箇所およびその近傍に選択的に被覆層を形成する。
次に、図8を用いて、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3では、外殻体の表面と、熱交換部材の表面との少なくとも一方に、選択的に被覆層を形成する。より詳しくは、外殻体と熱交換部材との接合箇所およびその近傍に選択的に被覆層を形成する。
図8の例では、コルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4との間にのみ被覆層5を形成している。被覆層5は、コルゲートフィン2と円筒状部材4の少なくとも一方に形成すればよい。コルゲートフィン2の外周部2aの表面上にのみ選択的に被覆層5を形成するには、たとえばメッキ液にコルゲートフィン2の外周部2aのみを浸漬すればよい。また、円筒状部材4の内周面上に選択的に被覆層5を形成するには、たとえば円筒状部材4の内周面上に選択的にマスクを形成し、該マスクが形成された箇所以外の円筒状部材4の内周面上に蒸着などにより被覆層5を形成すればよい。
本実施の形態3の場合も、被覆層5を変形させることで、コルゲートフィン2や円筒状部材4と、被覆層5との間の接触面積を増大することができるとともに、コルゲートフィン2と円筒状部材4との間の微小な隙間を低減することができる。
また、上述の実施の形態1,2のように、被覆層5を変形させた後に溶融し、その後に被覆層5を固化するようにしてもよい。この場合も、実施の形態1,2の場合と同様の効果を期待できる。
(実施の形態4)
次に、図9を用いて、本発明の実施の形態4について説明する。上述の各実施の形態では、外殻体と熱交換部材との間に被覆層を形成したが、本実施の形態4では、かかる被覆層を形成することなく、熱交換部材自体の延性を向上させる。
次に、図9を用いて、本発明の実施の形態4について説明する。上述の各実施の形態では、外殻体と熱交換部材との間に被覆層を形成したが、本実施の形態4では、かかる被覆層を形成することなく、熱交換部材自体の延性を向上させる。
図9に、本実施の形態4における熱交換器1の部分拡大図を示す。図9に示すように、本実施の形態4ではコルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4との間に被覆層を形成せず、コルゲートフィン2の外周部2aと円筒状部材4とを直接接触させている。
そして、コルゲートフィン2自体の延性を向上させる。コルゲートフィン2の延性を向上させるには、コルゲートフィン2が実質的に1種類の材質で構成される場合には、その材料の純度を上げることで延性を向上させることができる場合がある。また、コルゲートフィン2を構成する材料中に、他の材料を添加することで延性を向上させることができる場合もある。
たとえばコルゲートフィン2を銅で構成する場合、銅の含有率が99.99%以上である銅材料を用いてコルゲートフィン2を作製することにより、コルゲートフィン2自体の延性を向上することができる。また、コルゲートフィン2を、銅と銅以外の金属材料とを含む素材で構成する場合、銀や錫などの銅以外の材料を含む銅材料(銅が主成分である材料)でコルゲートフィン2を構成することが考えられる。この場合も、銀や錫のような材料を主成分である銅に添加することにより、銅材料の延性を向上させることができる。
上記のようにコルゲートフィン2自体の延性を向上することにより、コルゲートフィン2を円筒状部材4に装着した際にコルゲートフィン2を変形し易くすることができる。それにより、円筒状部材4の内周面にコルゲートフィン2が圧接する箇所において円筒状部材4の内周面に沿うようにコルゲートフィン2を変形させることができ、コルゲートフィン2と円筒状部材4との接触面積を増大することができる。
なお、上記の各実施の形態では、金属製の外殻体の内部に金属製の熱交換部材を装着する場合について説明したが、金属製の外殻体の外部に金属製の熱交換部材を装着する場合にも本発明の思想を適用することは可能である。
(実施の形態5)
次に、図10を用いて、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態5では上述の各実施の形態に記載の熱交換器をスターリング機関に組み込んだ場合について説明する。
次に、図10を用いて、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態5では上述の各実施の形態に記載の熱交換器をスターリング機関に組み込んだ場合について説明する。
まず、図10を用いて、本実施の形態5におけるスターリング機関の構造について説明する。図10に示すように、スターリング機関7は、ケーシング12と、該ケーシング12に組付けられたシリンダ13と、シリンダ13内で往復動するピストン14およびディスプレーサ15と、再生器16と、圧縮空間17Aと膨張空間17Bとを含む作動空間17と、放熱部18(ウォームヘッド)と、吸熱部19(コールドヘッド)と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ23と、ピストンスプリング24と、ディスプレーサスプリング25と、ディスプレーサロッド26と、背圧空間27とを備える。
ケーシング12には、シリンダ13、リニアモータ23、ピストンスプリング24およびディスプレーサスプリング25をはじめとする種々の部品が組付けられる。また、スターリング機関7の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
シリンダ13は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン14とディスプレーサ15とを往復動可能に受け入れる。シリンダ13内において、ピストン14とディスプレーサ15とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン14およびディスプレーサ15によってシリンダ13内の作動空間17が圧縮空間17Aと膨張空間17Bとに区画される。より詳しくは、作動空間17は、ピストン14におけるディスプレーサ15側の端面よりもディスプレーサ15側に位置する空間であり、ピストン14とディスプレーサ15との間に圧縮空間17Aが形成され、ディスプレーサ15と吸熱部19との間に膨張空間17Bが形成される。圧縮空間17Aは主に放熱部18によって囲まれ、膨張空間17Bは主に吸熱部19によって囲まれている。
圧縮空間17Aと膨張空間17Bとの間には、チューブ8の内周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器16が配設されており、この再生器16を介して圧縮空間17Aと膨張空間17Bとが連通する。それにより、スターリング機関7内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン14およびディスプレーサ15の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現する。
シリンダ13の外側に位置する背圧空間27にはリニアモータ23が配設される。リニアモータ23は、インナーヨーク20と、可動マグネット部21と、アウターヨーク22とを有し、このリニアモータ23によって、シリンダ13の軸方向にピストン14を駆動する。
ピストン14の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング24と接続される。該ピストンスプリング24は、ピストン14に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング24により弾性力を付加することにより、シリンダ13内でピストン14を安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ15の一端は、ディスプレーサロッド26を介してディスプレーサスプリング25と接続される。ディスプレーサロッド26はピストン14を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング25は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング25の周縁部と、ピストンスプリング24の周縁部は、リニアモータ23からピストン14の背圧空間27側に延びる支持部材により支持される。
ピストン14に対しディスプレーサ15と反対側には、ケーシング12によって囲まれた背圧空間27が配設されている。背圧空間27は、ケーシング12内でピストン14の周囲に位置する外周領域と、ケーシング12内でピストン14よりもピストンスプリング24側(後方側)に位置する後方領域とを含む。この背圧空間27内にも、作動媒体が存在する。
放熱部18、吸熱部19には、それぞれ熱交換器1A(高温側熱交換器)と熱交換器1B(低温側熱交換器)とが設置される。この熱交換器1A,1Bとして、上述の各実施の形態に記載の熱交換器を使用する。つまり、放熱部18、吸熱部19の内周面上に上述の各実施の形態の手法でコルゲートフィン2の外周面を接続(接合)する。
それにより、放熱部18、吸熱部19とコルゲートフィン2との間の接触面積を増大することができる。つまり、熱交換器における熱交換部材と外殻体との間の十分な接触面積を確保することができる。したがって、熱交換器における熱抵抗を低減することができ、伝熱ロスを低減することができる。その結果、熱抵抗の低減された高性能な熱交換器を備えたスターリング機関が得られ、たとえば冷凍機として使用した場合には冷凍能力を向上することができる。
次に、上述のスターリング機関7の動作について説明する。
まず、リニアモータ23を作動させてピストン14を駆動する。リニアモータ23によって駆動されたピストン14は、ディスプレーサ15に接近し、圧縮空間17A内の作動媒体(作動ガス)を圧縮する。
ピストン14がディスプレーサ15に接近することにより、圧縮空間17A内の作動媒体の温度は上昇するが、熱交換器1Aを介して当該熱が放熱部18に伝達され、放熱部18によってこの圧縮空間17A内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間17A内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。
ピストン14がディスプレーサ15に接近した後にディスプレーサ15は吸熱部19側に移動する。他方、ピストン14によって圧縮空間17A内において圧縮された作動媒体は再生器16内に流入し、さらに膨張空間17Bへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器16に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。
膨張空間17B内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ15がピストン14側(ケーシング12のベッセル部分の後端側)へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ15が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング25の中央部も後方側に突出するように変形する。
上記のように膨張空間17B内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間17B内の作動媒体の温度は下降するが、吸熱部19によって外部の熱が膨張空間17B内へと伝達されるため、膨張空間17B内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。
その後、ディスプレーサ15がピストン14から遠ざかる方向に移動し始める。それにより、膨張空間17B内の作動媒体は再生器16を通過して再び圧縮空間17A側へと戻る。その際に再生器16に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。
この一連の過程(等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程)が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部19は徐々に低温になり、極低温を有するに至る。他方、放熱部18の温度も徐々に上昇し、所定の高温に達する。ここで、本実施の形態の熱交換器1A,1Bを採用することにより、作動媒体からの熱を各熱交換器1A,1Bを介して吸熱部19および放熱部18に効率的に伝達することができる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
また、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変形が含まれる。
1,1A,1B 熱交換器、2 コルゲートフィン、2a 外周部、2b 内周部、3 リング状部材、4 円筒状部材、5 被覆層、7 スターリング機関、8 チューブ、12 ケーシング、13 シリンダ、14 ピストン、15 ディスプレーサ、16 再生器、17 作動空間、17A 圧縮空間、17B 膨張空間、18 放熱部、19 吸熱部、20 インナーヨーク、21 可動マグネット部、22 アウターヨーク、23 リニアモータ、24 ピストンスプリング、25 ディスプレーサスプリング、26 ディスプレーサロッド、27 背圧空間。
Claims (3)
- 金属製の筒状または有底筒状の外殻体と、
前記外殻体周面に装着される金属製の熱交換部材と、
前記外殻体の周面と前記熱交換部材の周面との少なくとも一方に金属材料で形成された被覆層とを備え、
前記被覆層の硬度を前記熱交換部材の硬度よりも低くして、前記外殻体に前記熱交換部材を圧接した、熱交換器。 - 金属製の筒状または有底筒状の外殻体と、
前記外殻体周面に装着される金属製の熱交換部材と、
前記外殻体の周面と前記熱交換部材の周面との少なくとも一方に形成された被覆層とを備え、
前記外殻体に前記熱交換部材を圧接し、
前記被覆層を金属材料で構成し、
前記外殻体と前記熱交換部材との間に、前記被覆層を構成する金属材料と、前記外殻体と前記熱交換部材の少なくとも一方を構成する金属材料とを合金化することで形成された合金層を備えた、熱交換器。 - 請求項1または請求項2に記載の熱交換器を備えたスターリング機関。
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