JP5962050B2 - スターリングエンジンの再生器用部品及びこれを用いた再生器 - Google Patents
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Description
本発明は、スターリングエンジンの熱効率を向上させるために用いられる再生器用部品及びこれを用いた再生器に関するものである。
図５に示すように、フリーピストンスターリングエンジン５０は、通常、加熱部５１と冷却部５２との間に温度勾配が生じるよう再生器（又はスタック）５３を設けたシリンダ５４と、そのシリンダ５４内に摺動可能に設置されると共にシリンダ５４内を膨張空間５５と圧縮空間５６とに区画するディスプレーサ５７と、そのディスプレーサ５７が発生させる圧力変動により稼働するパワーピストン５８と、ディスプレーサ５７及びパワーピストン５８のそれぞれをケース５９内で支持するバネや板バネ等の弾性部品６０を備えている。
フリーピストンスターリングエンジン５０は、空気等の作動流体が熱交換器（加熱部５１や冷却部５２）内を移動することに伴う圧力変動を利用しているため、ディスプレーサ５７とパワーピストン５８との間にクランク機構を持たず、空気バネによりディスプレーサ５７及びパワーピストン５８の位相を調整し、ディスプレーサ５７とパワーピストン５８の連続した往復運動を実現している。
再生器５３は、積層した金属網やスプリングメッシュ等で円筒型に構成されており（例えば、特許文献１参照）、作動流体が加熱部５１から冷却部５２に流れる際に作動流体の熱量を蓄え、作動流体が冷却部５２から加熱部５１に流れる際に蓄えられた熱量を再利用することで、熱交換器内を往復する熱を有効利用し、高い熱効率を実現する。
フリーピストンスターリングエンジン５０は、その特性として共振点において運転されるため、摩擦抵抗が大きいと運転することができない。
そのため、ディスプレーサ５７やパワーピストン５８の各部をできる限り接触しないように保持し、接触する場合にはその接触部の摩擦抵抗を小さくする必要がある。また、フリーピストンスターリングエンジン５０以外でも、ディスプレーサ５７周りに円筒型の再生器５３を配置したβ型やγ型のスターリングエンジンにおいても同様の課題が生じる。
また、作動流体が再生器５３を介して熱交換器内を移動するため、再生器５３は、流動する作動流体量に応じて適切な空隙量を有する必要がある。
しかしながら、金属網で再生器５３を構成した場合には、成形する際に金属網の歪みや端部における素線の解れ等が生じ、積層時の取り扱い性が悪くなるばかりでなく、端部の素線がディスプレーサ５７に対して垂直に接触する部分が発生するため、その接触部に大きな摩擦抵抗が生じる。また、スプリングメッシュは、素材が柔らかく変形しやすいため、接触した場合の摩擦抵抗は小さいが、形状を維持したまま適正な空隙量とすることが難しい。
そこで、本発明の目的は、ディスプレーサ周りに円筒型の再生器が配置されたスターリングエンジンおいて、接触時の摩擦抵抗が小さく、作動流体量に応じた適正な空隙量を維持することができるスターリングエンジンの再生器用部品及びこれを用いた再生器を提供することにある。
この目的を達成するために創案された本発明は、シリンダ内に摺動可能に設置されたディスプレーサ周りに積層されて円筒型の再生器を構成するスターリングエンジンの再生器用部品であって、中空円盤状の金属薄板と前記金属薄板の内縁に沿って形成された櫛歯部とを備え、前記櫛歯部は、前記金属薄板の外縁を基部として、その基部から複数の櫛歯が前記金属薄板の内縁側に延出するように形成されてなるスターリングエンジンの再生器用部品である。
前記櫛歯部の各櫛歯が前記金属薄板の中心に向かないように湾曲していると共に前記櫛歯部の各櫛歯の先端側が基部側よりも細くなっていると良い。
前記金属薄板は、その外縁側の厚さが内縁側の厚さに比べて厚く形成されてなる段差部を備えると良い。
また、本発明は、前記スターリングエンジンの再生器用部品が積層されて構成されたことを特徴とするスターリングエンジンの再生器である。
本発明によれば、ディスプレーサ周りに円筒型の再生器が配置されたスターリングエンジンおいて、接触時の摩擦抵抗が小さく、作動流体量に応じた適正な空隙量を維持することができるスターリングエンジンの再生器用部品及びこれを用いた再生器を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１，２に示すように、本実施の形態に係るスターリングエンジンの再生器用部品１０は、中空円盤状の金属薄板１１と金属薄板１１の内縁に沿って形成された櫛歯部１２とを備えたものである。
櫛歯部１２は、金属薄板１１の外縁を基部１３として、その基部１３から複数の櫛歯１４が金属薄板１１の内縁側に延出するように形成されてなる。このような形状の櫛歯部１２により、作動流体と再生器用部品１０との接触面積が増加し、熱効率を向上させることができる。
各櫛歯１４は、金属薄板１１の中心に向かないように、金属薄板１１と同一平面の範囲内で湾曲している。各櫛歯１４を曲線的な形状とすることで、図５で説明したディスプレーサ５７が櫛歯部１２に接触したときに、各櫛歯１４の先端が変形し、ディスプレーサ５７との間の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、各櫛歯１４の先端側は、柔軟に変形するように基部側よりも細くなっており、これにより摩擦抵抗を更に小さくすることができる。
各櫛歯１４の間に形成される隙間１５の総量、即ち空隙量はスターリングエンジンの仕様により決定される。この隙間１５を通じて作動流体が熱交換器内を移動する。
金属薄板１１は、０．１〜０．２ｍｍ程度の厚さを有しており、図３に示すように、その外縁側の厚さが内縁側の厚さに比べて厚く形成されてなる段差部１６を備えることが好ましい。
この段差部１６は、再生器用部品１０を積層したときに隙間１５が閉塞しないようにするためのものである。つまり、段差部１６を設けることで、積層された一方の再生器用部品１０の櫛歯１４が他方の再生器用部品１０の隙間１５に重なって隙間１５を閉塞するようなことがなくなる。
これまで説明した再生器用部品１０を必要な厚さ分だけ積層すると、図４に示すような円筒型の再生器４０が得られる。
この再生器４０によれば、ディスプレーサ周りに円筒型の再生器が配置されたスターリングエンジンおいて、接触時の摩擦抵抗が小さく、作動流体量に応じた適正な空隙量を維持することができる。
１０ 再生器用部品
１１ 金属薄板
１２ 櫛歯部
１３ 基部
１４ 櫛歯
１５ 隙間
１６ 段差部
１１ 金属薄板
１２ 櫛歯部
１３ 基部
１４ 櫛歯
１５ 隙間
１６ 段差部
Claims (4)
- シリンダ内に摺動可能に設置されたディスプレーサ周りに積層されて円筒型の再生器を構成するスターリングエンジンの再生器用部品であって、
中空円盤状の金属薄板と前記金属薄板の内縁に沿って形成された櫛歯部とを備え、前記櫛歯部は、前記金属薄板の外縁を基部として、その基部から複数の櫛歯が前記金属薄板の内縁側に延出するように形成されてなることを特徴とするスターリングエンジンの再生器用部品。 - 前記櫛歯部の各櫛歯が前記金属薄板の中心に向かないように湾曲していると共に前記櫛歯部の各櫛歯の先端側が基部側よりも細くなっている請求項１に記載のスターリングエンジンの再生器用部品。
- 前記金属薄板は、その外縁側の厚さが内縁側の厚さに比べて厚く形成されてなる段差部を備える請求項１又は２に記載のスターリングエンジンの再生器用部品。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のスターリングエンジンの再生器用部品が積層されて構成されたことを特徴とするスターリングエンジンの再生器。
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