JPH06294349A - 熱機関用再生器 - Google Patents

熱機関用再生器

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Publication number
JPH06294349A
JPH06294349A JP8326593A JP8326593A JPH06294349A JP H06294349 A JPH06294349 A JP H06294349A JP 8326593 A JP8326593 A JP 8326593A JP 8326593 A JP8326593 A JP 8326593A JP H06294349 A JPH06294349 A JP H06294349A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filling
regenerator
engine
packing
heat
Prior art date
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Pending
Application number
JP8326593A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Tsuchino
和典 土野
Michio Fujiwara
通雄 藤原
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP8326593A priority Critical patent/JPH06294349A/ja
Publication of JPH06294349A publication Critical patent/JPH06294349A/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
    • F02G2257/00Regenerators

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が煩雑で高価な金属網からなる充填物を
必要温度効率を充足させる量以上に過剰に充填せずと
も、所定のエンジン熱効率、出力が得られ、NTUが過
剰に高い所で使用せずともよい熱機関用再生器を得る。 【構成】 主に作動流体との蓄放熱を担う第1充填物1
2と 第1充填物12より流体圧力損失が小さく第1充
填物とほぼ同じ空隙率の第2充填物13を再生器7の作
動流体の流出入方向に交互に積層充填した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばスターリング
エンジン等の熱機関用再生器に関するものである。な
お、この明細書ではスターリングエンジンの再生器を例
に説明する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来のスターリングエンジンの
概略構成を示す縦断面構成図である。1はディスプレー
サ2と動力ピストン3とを収容したシリンダ、4は膨張
空間、5は圧縮空間である。6は膨張空間4に連通する
ヒータ、7はヒータ6に連通し充填物8を充填した再生
器、9は再生器7と圧縮空間5とを連通するクーラ、1
0は膨張空間4とヒータ6と再生器7とクーラ9と圧縮
空間5から形成される作動ガス空間である。なお、11
はピストンリング、2aは上記送気ピストン2を所定の
ストロークと速度で往復動させる駆動ロッド、3aは上
記動力ピストン3を上記送気ピストン2と一定の位相差
で往復動させる駆動ロッドで、この両駆動ロッド3a、
2aは所定の駆動源(図示せず)に連結されている。
【0003】次に動作について説明する。ヒータ6を外
部から加熱する一方、クーラ9を外部から冷却すると、
ディスプレーサ2と動力ピストン3を一定の位相差を保
持しながら往復運動して作動ガス空間10における作動
ガスに圧力変動が生じ仕事を発生する。すなわち、作動
ガス空間10における作動ガスは、ヒータ6と、クーラ
9と、再生器7の作用と相まって、等温圧縮→等積加熱
→等温膨張→等積冷却の4過程からなる「スターリング
サイクル」を行ない、「外燃機関」として動作する。こ
の「スターリングサイクル」中において、再生器7は、
「等積冷却時」(作動ガス空間10の作動ガスがヒータ
管6から再生器7内に流入したとき)に、作動ガスが保
有する熱量を金属網からなる充填物8が蓄積しておき、
上記「等積加熱時」(作動ガスがクーラ9から再生器7
内に流入したあと、ヒータ管6に向って流出するとき)
に、この金属網からなる充填物8が蓄熱した熱を再生利
用して作動ガスを加熱するために設けられたものであ
る。
【0004】ここで、従来の再生器7の温度効率とユニ
ット数(NTU:Number of transfer unit)との関
係を図7のグラフ、実線の特性曲線に示す。A点が従来
使用している所で、NTUが過剰に高い所で使用してい
ることが判る。これは下記理由による。この再生器7の
軸方向長さは、シリンダ1が高温に加熱されるため熱応
力などの関係から決定され、さらに、再生器7の外径、
内径は、再生器7の圧力損失から決まってくる。そし
て、このように決定された再生器7に金属網からなる充
填物8を所定の空隙率になるよう積層した為である。す
なわち、再生器7の必要温度効率を得るために必要とさ
れる金属網からなる充填物量では、空隙率(死容積)が
大きくなり、所定のエンジン熱効率、エンジン出力を得
ることができず、空隙率を小さくするために必要温度効
率面からは過剰の充填物を充填していた。この充填物
は、通常120及び150メッシュの金属網が用いられ
ているが、これらの金属網は製造が煩雑で大変コストの
高いものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の再
生器では、従来一般に用いられる金属網からなる充填物
8では必要温度効率を充足させる量では、所定のエンジ
ン熱効率、出力を得ることができず、金属網からなる充
填物8を必要以上に積層充填しなければならず、NTU
が過剰に高いところで使用せざるをえないという問題点
があった。即ち、上述したように熱応力、再生器の圧力
損失等から決まる最適な再生器形状において、NTUが
過剰にならず所定の温度効率を得るとともに、所定のエ
ンジン熱効率、エンジン出力を得るのが困難であった。
【0006】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、所定の温度効率、エンジン熱効
率、エンジン出力が簡便に得られる熱機関用再生器を提
供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】この発明の再生器は、充
填物として主に作動流体との蓄放熱を担う第1充填物と
この第1充填物より流体圧力損失が小さく第1充填物
が有する空隙率以下の空隙率を有する第2充填物を用
い、これらを再生器の作動流体の流出入方向に交互に積
層充填したものである。
【0008】また、第2充填物として低熱伝導材料を用
いたものである。
【0009】
【作用】この発明の再生器においては、第1充填物が主
に作動流体との蓄放熱作用を担い、第2充填物が死容積
低減を目的として流路を十分確保するように作用するの
で、第1,第2充填物を適宜選択、組み合わせることに
より簡便に所望の温度効率、エンジン熱効率、エンジン
出力が得られる。また、製造が煩雑で高価な第1充填物
の使用量を低減できる。
【0010】また、第2充填物として低熱伝導材料を用
いたので、再生器の熱伝導ロスが低減できる。
【0011】
【実施例】
実施例1.図1はこの発明の実施例1のスターリングエ
ンジンの再生器を示す縦断面構成図であり、1〜11は
上記従来装置と全く同一のものである。12は主に作動
流体との蓄放熱作用を担う第1充填物で、この場合は従
来の充填物8と同様の120〜150メッシュの金属網
からなる。13は第1充填物12とほぼ同じ空隙率を有
し第1充填物12より十分に圧力降下の小さい第2充填
物で、この場合は線形の太い20〜40メッシュの金属
網からなる。この第1と第2充填物12,13を再生器
7の作動流体の流出入方向、即ち軸方向にそれぞれ所定
量を交互に層状に積層している。なお、第1充填物12
の充填重量は従来の充填物8の充填重量の半分である。
即ち、第1と第2充填物12,13の積層割合は50%
ずつとした。
【0012】上記のように構成された再生器における温
度効率を図7のグラフの破線の特性曲線に示す。再生器
の温度効率は従来例とほぼ等しい、または若干小さく、
B点がこの実施例で使用している所である。図2のグラ
フにこの実施例に係わる空隙率を一定とした場合の第
1、第2充填物の積層割合とエンジン熱効率、エンジン
出力、圧力損失の依存性の試験結果を示す。図2から判
るように、第1充填物の積層割合を減らしていくと圧力
損失は減少していく。それに伴いエンジン出力は、上昇
し第1充填物の積層割合が50%の時に最大となる。エ
ンジン効率は、第1充填物の積層割合が50%までほぼ
一定となる。すなわち、第2充填物で補い空隙率を一定
に保つことにより製造が煩雑で高価な第1充填物の充填
量を半分にしても、エンジンの熱効率、出力を低下させ
ることがなく、コストの低減が図れる。また、空隙率の
小さい第2充填物をもちいた場合は、再生器部での死容
積が減り、エンジンの圧力比が高くなる。これによって
エンジン出力はより向上するといった特長をもつ。
【0013】このように、第1充填物12とほぼ同じ空
隙率を有し第1充填物12より十分に圧力降下の小さい
第2充填物13を交互に均等に積層することにより、再
生器の温度効率を低下させる事なく、また、NTUが過
剰設計になることなくエンジン熱効率、エンジン出力の
確保が可能となる。簡便に所望の温度効率、エンジン熱
効率、エンジン出力が得られる。また、上述したように
製造が煩雑で高価な第1充填物を所望の温度効率を得る
以上に過剰に充填せずともよく、その充填量を従来例の
半分に減らせ、再生器のコストが低減できる。
【0014】実施例2.図3はこの発明の実施例2のス
ターリングエンジンの再生器を示す縦断面構成図であ
る。この実施例では第1充填物として金属網からなる充
填物12の代わりに金属の短繊維の配列をランダムに積
層し圧縮成形した物14を用い、この第1充填物14と
ほぼ同じ空隙率を有する第2充填物13を交互に均等に
積層している。上記実施例1と同様の効果を奏する。
【0015】実施例3.図4はこの発明の実施例3のス
ターリングエンジンの再生器を示す縦断面構成図であ
る。この実施例では第2充填物として第1充填物12と
ほぼ同じ空隙率を有し、第1充填物12より十分に圧力
降下の小さい低熱伝導材料で構成された球15を用い、
これと第1充填物12とをそれぞれ交互に均等に積層て
いる。
【0016】この実施例3では、第2充填物として低熱
伝導率材料で構成された球15を用いているので、再生
器の熱伝導ロスの低減が図れる。
【0017】実施例4.図4はこの発明の実施例3のス
ターリングエンジンの再生器を示す縦断面構成図であ
る。この実施例は上記の実施例2と実施例3とを組合わ
したものである。即ち、第1充填物として金属の短繊維
を圧縮成形した物14を用い、第2充填物として第1充
填物14とほぼ同じ空隙率を有し第1充填物14より十
分に圧力降下の小さい低熱伝導材料で構成された球15
を用いている。上記実施例3と同様の効果を奏する。
【0018】この発明に係わる第1充填物としては、金
属の短繊維の配列をランダムに積層し圧縮成形したも
の、平織り金属メッシュ等が用いられ、第2充填物とし
ては低熱伝導材料からなり、球状、多面体形状、星砂形
状、またはくら形形状を有するもの、または粗い平織り
金属メッシュ等が用いられる。その組み合わせ、積層割
合等は上記実施例に限定されることなく、適宜選択、組
み合わせることにより簡便に所望の温度効率、エンジン
熱効率、エンジン出力が得られる。
【0019】なお、スターリングエンジンの再生器を例
に説明したが、他の熱機関の再生器に適用しても同様の
効果を奏する。
【0020】
【発明の効果】この発明の熱機関用再生器は、以上説明
したように、充填物として主に作動流体との蓄放熱を担
う第1充填物と この第1充填物より流体圧力損失が小
さく第1充填物が有する空隙率以下の空隙率を有する第
2充填物を用い、これらを再生器の作動流体の流出入方
向に交互に積層充填したので、所定の温度効率、エンジ
ン熱効率、エンジン出力が簡便に得られる。また、製造
が煩雑で高価な第1充填物の使用量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す縦断面構成図であ
る。
【図2】この発明に係わる充填物の積層割合とスターリ
ングエンジンの熱効率、出力、圧力損失の関係を示すグ
ラフである。
【図3】この発明の実施例2を示す縦断面構成図であ
る。
【図4】この発明の実施例3を示す縦断面構成図であ
る。
【図5】この発明の実施例4を示す縦断面構成図であ
る。
【図6】従来のスターリングエンジンを示す縦断面構成
図である。
【図7】再生器の温度効率とNTUとの関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
7 再生器 8 充填物 12 第1充填物の金属網 13 第2充填物の太い金属網 14 第1充填物の金属の短繊維を圧縮成形した物 15 第2充填物の低熱伝導材料からなる球

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充填物が充填され、内部を往復する作動
    流体が保有するエンタルピを蓄積・再生する再生器にお
    いて、上記充填物として主に作動流体との蓄放熱を担う
    第1充填物と この第1充填物より流体圧力損失が小さ
    く第1充填物が有する空隙率以下の空隙率を有する第2
    充填物を用い、これらを再生器の作動流体の流出入方向
    に交互に積層充填したことを特徴とする熱機関用再生
    器。
  2. 【請求項2】 第2充填物は低熱伝導材料からなり、球
    状、多面体形状、星砂形状、またはくら形形状を有して
    いることを特徴をする請求項第1項記載の熱機関用再生
    器。
JP8326593A 1993-04-09 1993-04-09 熱機関用再生器 Pending JPH06294349A (ja)

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JP8326593A JPH06294349A (ja) 1993-04-09 1993-04-09 熱機関用再生器

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JP (1) JPH06294349A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011004603A1 (ja) 2009-07-10 2011-01-13 川崎重工業株式会社 熱機関用再生器およびこの再生器を用いたスターリングエンジン
CN103775241A (zh) * 2014-01-24 2014-05-07 宁波荣捷特机械制造有限公司 一种斯特林循环装置内的再生器
US11261824B2 (en) * 2018-01-02 2022-03-01 Maston AB Stirling engine comprising metal foam regenerator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011004603A1 (ja) 2009-07-10 2011-01-13 川崎重工業株式会社 熱機関用再生器およびこの再生器を用いたスターリングエンジン
CN103775241A (zh) * 2014-01-24 2014-05-07 宁波荣捷特机械制造有限公司 一种斯特林循环装置内的再生器
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