JPH0338443Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） 本考案は、作動ガスへのエネルギーの授受を介
してエネルギー変換を行なう熱交換器に関し、詳
しくは熱交換チユーブの改良に関する。

本考案の熱交換器は、熱交換チユーブにおける
作動ガスと外部との熱交換が速やかであり、スタ
ーリングエンジン、の性能改善に有用である。

（従来の技術） 第５図、第６図、及び第７図は、従来のスター
リングエンジンの熱交換チユーブ３の付近を示す
図である。

作動ガスへのエネルギーの授受、及びこれに伴
う該作動ガスの圧縮、膨脹を利用して熱エネルギ
ーと力学的エネルギーとの変換を行なう熱交換器
において、外部から作動ガスへの熱エネルギーの
供給は、従来、例えば、第５図等に示す熱交換チ
ユーブ３を介して行なつている。

即ち、図において圧縮部１で圧縮された作動ガ
スは、熱交換チユーブ３を通つて膨脹部５へ流入
する際、該熱交換チユーブ３において外部の熱エ
ネルギーを受け取る。

したがつて、外部の熱エネルギーを作動ガス
（上述の如く流動状態にある）に損失なく与える
ためには、熱エネルギー授受の速やかさが要求さ
れる。

具体的には、熱交換チユーブ３内単位容積当り
の伝熱面積の大きいことが要求される。ここに伝
熱面積とは、熱交換チユーブ３内の作動ガスに対
して熱放射を行なう部分（例えば、熱交換チユー
ブの管壁内面）の面積をいう。

一方、熱交換器を適用するスターリングエンジ
ン、冷房機、冷凍機等において、熱エネルギーと
力学的エネルギーとの変換を実用的に行なうため
には、前記作動ガスの流速をある程度大きくしな
ければならない。このため、流路抵抗は小さいこ
とが望ましく、したがつて、熱交換チユーブ３の
内径をあまり小さくすることはできない。

従来、前記単位容積当りの伝熱効果が大きく、
かつ流路抵抗の小さい熱交換チユーブ、及び該チ
ユーブを用いた熱交換器を提供することは困難で
あつた。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は、上記事情に鑑み案出されたものであ
り、前記伝熱効果が大きく、したがつて熱交換が
速やかな熱交換チユーブであつて、作動ガスの流
速もある程度大きな熱交換チユーブを有するスタ
ーリング機関用熱交換器を提供するものである。

［考案の構成］ （問題点を解決するための手段） 本考案は、熱交換チユーブ内に、該熱交換用チ
ユーブ内に、その軸方向に長尺状に伸び、幅広の
一面が外部の加熱手段に対面し、両端部において
テーパ状に尖鋭化された平板を配置し、該平板を
伝熱媒体（作動ガスに対して熱放射を行なう部
材）として利用することによつて、管内の流路抵
抗をあまり増大させることなく前記伝熱面積の増
大を企図するものである。

第１図は、本考案の構成を表わす図である。

即ち本考案は、 作動ガスを圧縮する圧縮部１と、 作動ガスを膨脹する膨脹部５と、 前記圧縮部１と膨脹部５とを連結し、作動ガス
と外部との熱交換を行なう熱交換チユーブ３と、 を少なくとも有する熱交換器において、 前記熱交換チユーブ３内には、該チユーブ３の
軸方向に伸びる長尺状の平板３０が配置されてい
ることを特徴とするスターリング機関用熱交換器
である。

(1) 圧縮部１ 圧縮部１は、主として作動ガスの圧縮を行な
う。

本考案がスターリングエンジンに適用される場
合、圧縮部１は、圧縮室、該圧縮室内を褶動する
圧縮ピストン、及び冷却器で構成され、該冷却器
と熱交換チユーブ３との間に再生器が配置され
る。

(2) 膨脹部５ 膨脹部５は、外部の熱エネルギーを受け取つた
作動ガスを膨脹する。

本考案がスターリングエンジンに適用される場
合、膨脹部５は、シリンダと、該シリンダ内を褶
動するピストンで構成され、該ピストンを介して
作動ガスの有する熱エネルギーが力学的エネルギ
ーに変換される。

(3) 熱交換チユーブ３ 熱交換チユーブ３では、外部の熱エネルギーが
管壁を介して作動ガスに伝えられる。

チユーブ３内には、チユーブの軸方向に伸びる
長尺状の平板３０が配置されている。該配置され
る部位は、チユーブ３内の一部でもよく、また、
チユーブ３内の全域に渡つてもよい。該平板３０
の表面は、チユーブ３内の作動ガスに伝熱する伝
熱面として機能する。なお、平板３０への外部か
らの伝熱は、管壁を介する熱伝導、及び／又は、
管壁内面からの熱放射によつて行なわれる。した
がつて平板３０の材質は、熱伝導度が大きく、作
動ガスによつて変質しないものが望ましい。例え
ば、エンジン等高温状態ではステンレス、その他
の耐熱金属を用いると良い。

平板３０をチユーブ３内に配置した状態におい
て、該チユーブ３に、曲げ加工等の機械的変型加
工を施し得るためには、チユーブ３と平板３０と
は、一体的に形成されていないことが望ましい。
また同様の理由から、平板３０はチユーブ３内に
おいて捩れていないことが望ましい。このことは
また、管内の流路抵抗を増大させないためにも望
ましいことである。

平板３０の軸方向の両端部は、流路抵抗を減ず
るためには、テーパ状に先鋭化させることが望ま
しい。

また、本考案をスターリングエンジンに適用
し、熱交換チユーブ３における熱交換を、外部に
配置した加熱手段を用いて行なう場合は、平板３
０の一方の表面を、該加熱手段に対して対向させ
るように配置するとよい。

（作用） 本考案の熱交換器は、以下のように作用する。

まず、圧縮部１で圧縮されつつ冷却された作動
ガスは、熱交換チユーブ３内を流れつつ、外部の
熱エネルギーを吸収する。即ち、本考案がスター
リングエンジンに適用される場合は、燃焼室の火
炎の熱エネルギーを吸収する。また、冷房機に適
用される場合は、被冷房空間の空気等の有する熱
エネルギーを吸収する。

かかる吸収時において、外部の熱エネルギー
は、管壁を介して直接に、または管壁を介した後
さらに平板３０を介して作動ガスに伝えられる。
即ち作動ガスは、管壁内面及び平板表面から加熱
される。

こうして外部の熱エネルギーを受け取つた後、
作動ガスは膨脹部５に至る。

（実施例） 以下、本考案を具体的な実施例に基づいて説明
する。

第２図は、本考案を適用したスターリングエン
ジン（密封された作動ガスを外部から加熱、冷却
して動力を得る外燃機関；等温加熱、等容加熱、
等温膨脹、等容冷却のサイクルからなる。）の主
要部の断面模式図である。また、第３図は、本実
施例で用いる熱交換チユーブ３の一部破断説明図
であり、第４図は、該チユーブ３の端部拡大図で
ある。

第３図に示すように、本実施例において熱交換
チユーブ（ヒータヘツド）３は、Ａ，Ｂ，Ｃの３
か所で曲げ加工を施されており、また、長い直線
部Ｄの外表面には、吸熱面積を増すためのフイン
３１が形成されている。チユーブ３の内部には平
板３０（厚さ0.5mm；材質SUS310）が、上記曲げ
加工を施し得るようにして、即ち板表面を紙面と
垂直にして配置されている。平板３０の端部３０
１は、第４図に示すように、３０のテーパで先鋭
化しており、また、該端部はチユーブ３の端部よ
り２〜５mm引つ込んでいる。

かかる熱交換チユーブ３は、第２図に示すよう
に、スターリングエンジン７の燃焼室７３内に設
置される。即ち熱交換チユーブ３の一端は再生器
ハウジング１０を介して圧縮室（省図示）に連結
され、他端はシリンダ５０に連結される。なお、
シリンダ内を褶動するピストン５１は図示しない
クランク軸に連結されている。

燃焼室７３では、ノズル７１から噴射される燃
料と、スワラ７２を介して供給される空気との混
合気に点火されて火炎が形成される。

本実施例では、熱交換チユーブ３は、該チユー
ブ３内に配置されている平板３０の一方の表面
を、燃焼室７３の中心に向けるようにして燃焼室
７３内に設置されている。このため、平板３０
は、チユーブ３の管壁であつて、火炎側に位置す
る管壁の内表面から効率よく加熱される。即ち平
板３０は、前記伝熱面として有効に機能する。

また、熱交換チユーブ３内を流れる作動ガスに
伝熱する伝熱面が、チユーブ内表面のみならず平
板表面によつても構成されるため、作動ガスに対
する伝熱が速やかである。したがつて、火炎の熱
エネルギーは、損失少なくチユーブ３内の作動ガ
スに伝えられる。

また、平板３０はチユーブ３内において捩れ
ず、かつ、その端部はテーパ状に先鋭化している
ため、流路抵抗はあまり増大せず、作動ガスの実
用的な流速の確保が可能である。

上記理由により、本実施例の熱交換器を有する
スターリングエンジンは、熱エネルギーから力学
的エネルギーへのエネルギー変換効率が高い。

なお、伝熱面積を増すための他の方法として、
チユーブ内表面に突起を設けることも考えられ
る。しかし、この方法は、前記曲げ加工が困難で
あつたり、あるいは、流路抵抗を増大させるとい
う欠点を有する。これに対し本実施例では、かか
る欠点も解決されている。

［考案の効果］ 以上要するに本考案は、圧縮部と、膨脹部と、
これらを連結する熱交換チユーブとを有し、熱交
換チユーブにおいて外部の熱エネルギーを受け取
る熱交換器において、熱交換チユーブ内に平板を
配置し、伝熱効果を増大させたものである。

実施例に述べたところからも明らかなように、
本考案の熱交換器は、熱交換チユーブの伝熱効果
が大きいため、熱交換が速やかである。また、チ
ユーブ内の流路抵抗も大きくないため、実用的な
作動ガス流速の確保が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の構成図である。第２図は、
実施例のスターリングエンジンの要部断面模式図
である。第３図は、実施例で用いる熱交換チユー
ブの一部破断正面図であり、第４図は、該熱交換
チユーブの端部拡大図である。第５図は、従来の
スターリングエンジンの要部断面模式図である。
第６図は、従来の熱交換器の要部平面図であり、
第７図は、第６図の熱交換器の斜視図である。 １……圧縮部、３……熱交換チユーブ、５……
膨脹部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 作動ガスを圧縮する圧縮部と、作動ガスを膨張
   する膨張部と、前記圧縮部と膨張部とを連結した
   熱交換用チユーブと、この熱交換用チユーブ内に
   あつて、その軸方向に長尺状に伸び、幅広の一面
   が外部の加熱手段に対面し、両端部においてテー
   パ状に尖鋭化された平板とを具備することを特徴
   とするスターリング機関用熱交換器。