JPH06193506A - スターリング機関の高温熱交換器 - Google Patents

スターリング機関の高温熱交換器

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Publication number
JPH06193506A
JPH06193506A JP34645792A JP34645792A JPH06193506A JP H06193506 A JPH06193506 A JP H06193506A JP 34645792 A JP34645792 A JP 34645792A JP 34645792 A JP34645792 A JP 34645792A JP H06193506 A JPH06193506 A JP H06193506A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater tube
heater
heat
heater pipe
stirling engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP34645792A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Sugimoto
幸二 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH06193506A publication Critical patent/JPH06193506A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒータ管の配列を改善することによりヒータ
管の熱伝達率を上げるとともに温度も均一にして出力を
向上する。 【構成】 ヒータ管2の上部側を千鳥配列にして熱流束
3aがヒータ管2の外表面のほぼ全周(図1(c) の斜線
部)に流れるようにし有効な伝熱面積を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スターリング機関の
高温熱交換器に関するもので、特に温度を均一に保持す
るヒータ管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来のスターリング機関の熱交換
シリンダヘッドの上部の燃焼室の断面図、図9はヒータ
管の一部正面図、図10(a) はヒータ管の一部斜視図、図
10(b)は図10(a) のB−B断面図である。図
8において、1は熱交換シリンダヘッド、2はこの熱交
換シリンダヘッドの上部に取付部は千鳥配列で、この取
付部より上部側は一列に環状に取付けられたヒータ管、
3はこのヒータ管2を加熱する燃焼ガスを噴出するノズ
ル、4は燃焼ガスを上記ヒータ管2に良好に吹き付ける
ガイドとなるバーナスロート、矢印3aは燃焼ガスの熱流
束の流れる方向、5は上記ヒータ管2を効率よく加熱す
るためヒータ管2の外周を囲っているハットである。
【0003】次に動作について説明する。ノズル3より
噴出した燃焼ガスの熱流束3aはバーナスロート4をガイ
ドにしてヒータ管2に吹き付けられてこのヒータ管を加
熱する。この時ヒータ管2は図9のように管と管との間
はg1 ,g2 のすき間が空いている。設計上はg1 =g
2で計画しているが組立誤差等によりg1 ≠g2 と不均
一になる。上記熱流束3aはこのすき間を通過する時図10
(b) のように一列に配列されているので上記ヒータ管2
の外表面の斜線部2aを加熱してハット4の下方より排出
する。このヒータ管2の内部には作動ガス6aが流れてお
り、上記熱流束3aと熱交換されて、上記作動ガス6aは高
温となり熱交換シリンダ内の圧力が上昇する。この圧力
上昇によりシリンダ(図示せず)を下方へ降下させスタ
ーリング機関として作動する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のスターリング機
関の高温熱交換器は以上のように構成されているので図
10(a) ,(b) のようにヒータ管の直管部である上部側が
一列に配列されている為斜線部2a部分しか十分に加熱さ
れない。したがって有効伝熱面積が少なくなり熱伝達率
も悪かった。さらに図9のようにヒータ管は組立誤差等
により管と管とのすき間がg1 ≠g2 と均一に出来なか
ったので、熱流束の流れも不均一となりヒータ管を均一
に加熱出来なかった。
【0005】又、ヒータ管の内周側と外周側とで温度差
が大きくなるので、このヒータ管の材料の最高許容温度
から制約を受けて、上記ヒータ管全体の平均温度を高く
出来なかった。以上の理由からヒータ管内の作動ガス6a
を十分に加熱出来ず出力の低下をまねくという問題点が
あった。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、熱流束がヒータ管をより均一に
効率良く加熱して有効伝熱面積を増やすことにより熱伝
達率を向上させる。又、ヒータ管の管どうし及び管の外
周側と内周側の温度差をなくし均一にして平均温度を上
昇させて出力を向上することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係るスターリ
ング機関の高温熱交換器は、ヒータ管の少なくとも上部
側の配列を千鳥状に配列したものである。
【0008】この発明に係るスターリング機関の高温熱
交換器は、ヒータ管の頂部にこのヒータ管と連通するヘ
ッダを設けたものである。
【0009】この発明に係るスターリング機関の高温熱
交換器は、ヒータ管の直管部の上部側を内周側に向って
段差部を設けて配列したものである。
【0010】
【作用】この発明においては、ヒータ管の上部側の千鳥
配列の管と管の外表面に沿って熱流束が流れるので、有
効伝熱面積が増加して熱効率が向上する。その結果、上
記ヒータ管は均一に加熱されて、温度のバラツキも緩和
される。
【0011】またこの発明においては、ヒータ管内を流
れている作動ガスはヒータ管の頂部に連通したヘッド内
で混合され均一な温度となって温度のバラツキが緩和さ
れる。
【0012】またこの発明においては、ヒータ管の内周
側と外周側の両側2回路の熱流束の流路が出来る。次に
内周側に向った熱流束は段差部より下部側の管と管との
すき間を通過して外周側に向って流れる。さらに外周側
からの熱流束と内周側を経由した熱流束が合流してハッ
ト下部に向って流れて排気口から排出される。その結果
ヒータ管の外周側と内周側の温度差が小さくなる。
【0013】
【実施例】
実施例1.図1(a) はこの発明の一実施例を示すヒータ
管の一部平面図、図1(b) はヒータ管の一部斜視図、図
1(c) はヒータ管のC−C断面図、図2はヒータ管の温
度を示す従来例と一実施例の温度分布図である。図1に
おいて、1は熱交換シリンダヘッド、2はこの熱交換シ
リンダヘッド1の上部に取付けられ、この取付部21,22
は千鳥配列で、この取付部より上部側23,24も千鳥配列
で環状に取付けられたヒータ管である。前記ヒータ管2
の管と管とのすき間は均一に保持されており熱流束3aの
通路となっている。
【0014】次にこの発明の動作について説明する。ノ
ズル3より噴出した燃焼ガスの熱流束3aはヒータ管2の
内周側を加熱して、このヒータ管2の管の配列を千鳥配
列にした上部側23,24及び下部側21,22の管と管とのす
き間を通過し、外周側へ向って流れる。そして、上記ヒ
ータ管2の外表面を加熱してハット4の下方へ排出す
る。この時上記ヒータ管2の上部側23,24を千鳥配列に
しているので図1(c) のように熱流束3aがこのヒータ管
2の外表面の斜線部2aを効率良く加熱出来る。したがっ
て上記ヒータ管2の有効伝熱面積は増加してこのヒータ
管2の内部を流れる作動ガス6aの熱効率が向上する。
【0015】また、上記ヒータ管2の上部側23,24を千
鳥配列にし、このヒータ管2の取付部21,22と2ヶ所千
鳥配列になっているので隣接する管どうしでお互いに組
立時の倒れや傾きが拘束されて組立誤差等による管どう
しのすき間のバラツキは少なくなる。したがって、従来
列の一列配列に比べ管どうしのすき間を均一に保つこと
が出来て上記ヒータ管2を均一に加熱出来る。
【0016】図2は上記ヒータ管2の円周上 360°の温
度分布を表わしたものでこのヒータ管2の管と管との温
度差は 550°〜 700℃と約 150°と大きなバラツキがあ
ったが、本発明では温度はほぼ均一になる。
【0017】実施例2.図3はこの発明の一実施例を示
すヒータ管の一部平面図である。図4は上記ヒータ管の
一部斜視断面図である。図3において、A部はヒータ管
2の管内を流れる作動ガス6aの往路の流れB部は復路の
流れを表わしている。図4において、ヘッダ7はヒータ
管2の頂部に環状に設けられて、ヒータ管2と連通して
いる。作動ガス6aはヘッダ7とヒータ管2の管内を自由
に移動できる。
【0018】この実施例の動作は、ヒータ管2の管内を
流れている作動ガス6aはヘッダ7の管内で混合されるの
で温度の均一度が非常に良くなり熱効率も良くなって出
力が向上する。
【0019】実施例3.図5(a) はこの発明の一実施例
を示すヒータ管の一部正面図、図5(b) はヒータ管の段
差部の一部平面図、図6は燃焼室の断面図、図7はヒー
タ管の内周側と外周側の温度差を示す従来例と一実施例
の温度分布図である。図6において、ヒータ管2の直管
部の上部側を内周側に向って段差部8を設けて一列に環
状にして取付けたもので図5のように上部側は外径寸法
が小さくなる。以上からヒータ管の上部側の管どうしが
密着してすき間がなくなる。他方熱交換シリンダヘッド
1の取付部側は外径寸法は大きく管と管のすき間が均一
に空いている。
【0020】この実施例の動作は、図6のように、ノズ
ル3より噴出した燃焼ガスの熱流束3aは内周側と外周側
の2回路に流路が分かれる。ヒータ管2の外表面を加熱
しながら内周側に下方に向って流れた熱流束3aは段差部
より下部側の管と管とのすき間を通過して外周側に向っ
て流れる。一方外周側も同様に下方に向って熱流束3aが
流れる。次に内周側の熱流束3aと合流してハット下部に
向って流れて排気口から排出される。以上から図7のよ
うにヒータ管2の内周側と外周側との温度差が小さくな
るのでヒータ管2全体の平均温度を高く出来て出力を向
上出来る。
【0021】実施例4.実施例2のようにヒータ管2の
頂部にヘッダ7を用いると共に、実施例3のようにヒー
タ管2に段差部8を設けても良い。
【0022】実施例5.実施例2ではヒータ管2の上部
側を千鳥配列にし、ヒータ管の頂部にヘッダ7を設けて
いるが、従来例のようにヒータ管2の上部側を一列配列
でヘッダ7を設けても良い。
【0023】実施例6.実施例1の千鳥配列に追加し
て、実施例3のようにヒータ管2に段差部8を設けても
良い。
【0024】実施例7.実施例3のようにヒータ管2に
段差部8を設けると共に、実施例5のようにヒータ管2
の頂部にヘッダ7を設けても良い。
【0025】
【発明の効果】以上のように、この発明によればヒータ
管の上部側を千鳥配列にしたので熱流束の流れが均一と
なる。さらに有効伝熱面積は増加して熱伝達率も良くな
り出力を向上させる効果がある。
【0026】また、この発明によればヒータ管の頂部に
このヒータ管に連通するヘッダを設けたのでヒータ管内
に流れる作動ガスが混合されて温度は均一になり、上記
ヒータ管全体の平均温度を高く出来るため出力を向上さ
せる効果がある。
【0027】また、この発明によればヒータ管の直管部
の上部側を内周側に向って段差を付けて配列したのでヒ
ータ管の内周側と外周側とで温度が小さくなり、上記ヒ
ータ管全体の平均温度を高く出来るため出力を向上させ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示すヒータ管の一部平面
図、斜視図、および断面図である。
【図2】ヒータ管の温度を示す従来例と実施例1の温度
分布図である。
【図3】この発明の実施例2を示すヒータ管の一部平面
図である。
【図4】この発明の実施例2を示すヒータ管の一部斜視
図である。
【図5】この発明の実施例3を示すヒータ管の一部正面
図および平面図である。
【図6】この発明の実施例3を示す燃焼室の断面図であ
る。
【図7】ヒータ管の内周側と外周側の温度差を示す従来
例と実施例3の温度分布図である。
【図8】従来例を示す燃焼室の断面図である。
【図9】従来例を示すヒータ管の一部正面図である。
【図10】従来例を示すヒータ管の一部斜視図および断
面図である。
【符号の説明】
1 熱交換シリンダヘッド 2 ヒータ管 3 ノズル 4 バーナスロート 5 ハット 7 ヘッダー 8 段差部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱交換シリンダヘッドと、この熱交換シ
    リンダヘッドの上部に取付けられたヒータ管と、このヒ
    ータ管の上方に設けたノズルと、このノズルから噴出す
    る燃焼ガスを前記ヒータ管に導びくように上方に設けら
    れたバーナスロートと、上記ヒータ管の外周を囲うよう
    に上方に設けられたハットで構成されたスターリング機
    関にあって、上記ヒータ管の少なくとも上部側の配列を
    千鳥状に配列したことを特徴とするスターリング機関の
    高温熱交換器。
  2. 【請求項2】 熱交換シリンダヘッドと、この熱交換シ
    リンダヘッドの上部に取付けられたヒータ管と、このヒ
    ータ管の上方に設けたノズルと、このノズルから噴出す
    る燃焼ガスを前記ヒータ管に導びくように上方に設けら
    れたハットで構成されたスターリング機関にあって、上
    記ヒータ管の頂部に、このヒータ管と連通するヘッダを
    設けたことを特徴とするスターリング機関の高温熱交換
    器。
  3. 【請求項3】 熱交換シリンダヘッドと、この熱交換シ
    リンダヘッドの上部に取付けられたヒータ管と、このヒ
    ータ管の上方に設けたノズルと、このノズルから噴出す
    る燃焼ガスを前記ヒータ管に導びくように上方に設けら
    れたハットで構成されたスターリング機関にあって、上
    記ヒータ管の直管部の上部側を内周側に向って段差を付
    けて配列したことを特徴とするスターリング機関の高温
    熱交換器。
JP34645792A 1992-12-25 1992-12-25 スターリング機関の高温熱交換器 Pending JPH06193506A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011118033A1 (ja) 2010-03-26 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 スターリングエンジンの熱交換器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011118033A1 (ja) 2010-03-26 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 スターリングエンジンの熱交換器
US8984877B2 (en) 2010-03-26 2015-03-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Heat exchanger for stirling engine

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