JPH08296501A - スターリング機関用加熱器 - Google Patents
スターリング機関用加熱器Info
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- JPH08296501A JPH08296501A JP1557296A JP1557296A JPH08296501A JP H08296501 A JPH08296501 A JP H08296501A JP 1557296 A JP1557296 A JP 1557296A JP 1557296 A JP1557296 A JP 1557296A JP H08296501 A JPH08296501 A JP H08296501A
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- Japan
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- heater
- stirling engine
- heat
- catalyst
- expansion
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2254/00—Heat inputs
- F02G2254/10—Heat inputs by burners
- F02G2254/11—Catalytic burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2258/00—Materials used
- F02G2258/10—Materials used ceramic
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒータ効率を向上させ、効率の良い燃焼を行
うスターリング機関用加熱器を提供すること。 【解決手段】 ヒータチューブ３（加熱器）の表面にア
ルミナ１１を担体として、さらにその上にパラジウム触
媒（酸化触媒）を担持させたヒータチューブ３からなる
スターリング機関用加熱器としたこと。
うスターリング機関用加熱器を提供すること。 【解決手段】 ヒータチューブ３（加熱器）の表面にア
ルミナ１１を担体として、さらにその上にパラジウム触
媒（酸化触媒）を担持させたヒータチューブ３からなる
スターリング機関用加熱器としたこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング機関
の作動ガスを加熱し、膨張させるスターリング機関用加
熱器に関する。
の作動ガスを加熱し、膨張させるスターリング機関用加
熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】スターリング機関は、加熱器、再生器、
冷却器の３種の熱交換器から構成され、高圧封入した作
動ガスを各熱交換器において加熱、冷却して作動ガスを
膨張、圧縮させることによって作動ピストンを往復動さ
せ、外部に出力を取り出す外燃機関である。
冷却器の３種の熱交換器から構成され、高圧封入した作
動ガスを各熱交換器において加熱、冷却して作動ガスを
膨張、圧縮させることによって作動ピストンを往復動さ
せ、外部に出力を取り出す外燃機関である。
【０００３】図１は、スターリング機関の加熱器付近の
拡大図であるが、これによると、加熱器１は、セラミッ
クス製の筒状体からなる燃焼器２の回りに、略同心円状
に形成させる複数のヒータチューブ３からなっている。
ヒータチューブ３の一端は膨張ピストン４と膨張シリン
ダ５とで形成される膨張空間６に連通しており、他端は
再生器７を通して圧縮空間（図示せぬ）に連通してお
り、ヒータチューブ３で加熱された作動ガスは膨張して
膨張空間６に入り、膨張ピストン４を駆動する駆動源と
なる。
拡大図であるが、これによると、加熱器１は、セラミッ
クス製の筒状体からなる燃焼器２の回りに、略同心円状
に形成させる複数のヒータチューブ３からなっている。
ヒータチューブ３の一端は膨張ピストン４と膨張シリン
ダ５とで形成される膨張空間６に連通しており、他端は
再生器７を通して圧縮空間（図示せぬ）に連通してお
り、ヒータチューブ３で加熱された作動ガスは膨張して
膨張空間６に入り、膨張ピストン４を駆動する駆動源と
なる。
【０００４】図２は、図１におけるＡ方向矢視図であ
る。燃焼バーナー装置８は燃焼器２の一端に配置に配置
しており、燃焼器２の内部に火炎を噴出する。燃焼器２
は、その側壁に複数個の孔９が設けてあり、この孔９か
ら火炎の熱がヒータチューブ３に伝達され、ヒータチュ
ーブ３を加熱する。
る。燃焼バーナー装置８は燃焼器２の一端に配置に配置
しており、燃焼器２の内部に火炎を噴出する。燃焼器２
は、その側壁に複数個の孔９が設けてあり、この孔９か
ら火炎の熱がヒータチューブ３に伝達され、ヒータチュ
ーブ３を加熱する。
【０００５】また、燃焼した排気ガスは、図１中、矢印
方向へと流れ、排気ダクト１０より外部に放出される。
方向へと流れ、排気ダクト１０より外部に放出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の燃焼器から
加熱器への熱伝達は、バーナーから発生する火炎からの
対流及び輻射熱伝達である。対流による熱伝達は、熱源
と被加熱体との間に流体を媒介させ、媒介流体（燃焼ガ
ス）が被加熱体である加熱器回りを流れることにより熱
伝達を行うものである。この対流熱伝達による伝熱方式
によると、流体を熱媒体としているため、その媒体に与
えられた熱量が全て被加熱体に熱を伝えるとは限らず、
そのため熱損失を生じることとなる。また輻射による熱
伝達は、熱源から放射される熱放射線が被加熱体に入射
し、吸収されることにより、熱伝達を行うものである。
被加熱体に入射する熱放射線は一部は吸収されるが、他
は反射したり、透過したりする。従って、被加熱体が完
全黒体でない限り、入射した熱放射線を全て吸収するこ
とができず、また熱源と被加熱体との形態係数も伝熱量
に影響し、対流伝熱と同様熱損失を生じる。
加熱器への熱伝達は、バーナーから発生する火炎からの
対流及び輻射熱伝達である。対流による熱伝達は、熱源
と被加熱体との間に流体を媒介させ、媒介流体（燃焼ガ
ス）が被加熱体である加熱器回りを流れることにより熱
伝達を行うものである。この対流熱伝達による伝熱方式
によると、流体を熱媒体としているため、その媒体に与
えられた熱量が全て被加熱体に熱を伝えるとは限らず、
そのため熱損失を生じることとなる。また輻射による熱
伝達は、熱源から放射される熱放射線が被加熱体に入射
し、吸収されることにより、熱伝達を行うものである。
被加熱体に入射する熱放射線は一部は吸収されるが、他
は反射したり、透過したりする。従って、被加熱体が完
全黒体でない限り、入射した熱放射線を全て吸収するこ
とができず、また熱源と被加熱体との形態係数も伝熱量
に影響し、対流伝熱と同様熱損失を生じる。
【０００７】このように従来の加熱方法では上記熱損失
が必ず生じるため、入熱量に対するヒータ伝熱量の割合
（ヒータ効率）の向上には限界がある。故に本発明は、
ヒータ効率の向上を目的とし、ヒータ効率の良いスター
リング機関用加熱器を提供することを、技術的課題とす
るものである。
が必ず生じるため、入熱量に対するヒータ伝熱量の割合
（ヒータ効率）の向上には限界がある。故に本発明は、
ヒータ効率の向上を目的とし、ヒータ効率の良いスター
リング機関用加熱器を提供することを、技術的課題とす
るものである。
【０００８】また従来の加熱方法では、未燃分の燃料を
減少させるために、燃焼器を大きいものとし、燃料の燃
焼器内での滞留時間を長くすることにより、未燃分の燃
料を燃焼させていたため、燃焼器の大型化により、全体
の装置も大型化してしまう。故に、本発明は、装置を大
型化せず、且つ燃焼効率の良いスターリング機関とする
ための、スターリング機関用加熱器を提供することを、
さらなる技術的課題とするものである。
減少させるために、燃焼器を大きいものとし、燃料の燃
焼器内での滞留時間を長くすることにより、未燃分の燃
料を燃焼させていたため、燃焼器の大型化により、全体
の装置も大型化してしまう。故に、本発明は、装置を大
型化せず、且つ燃焼効率の良いスターリング機関とする
ための、スターリング機関用加熱器を提供することを、
さらなる技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
は、作動ガスを膨張、圧縮させることにより外部に出力
を取り出すスターリング機関の内部に配され、一端が圧
縮空間に連通し、他端が再生器に連通し、内部を通過す
る作動ガスを加熱膨張させるスターリング機関用加熱器
において、前記スターリング機関用加熱器の表面上に酸
化触媒を塗布することを特徴とするスターリング機関用
加熱器としたことである。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
は、作動ガスを膨張、圧縮させることにより外部に出力
を取り出すスターリング機関の内部に配され、一端が圧
縮空間に連通し、他端が再生器に連通し、内部を通過す
る作動ガスを加熱膨張させるスターリング機関用加熱器
において、前記スターリング機関用加熱器の表面上に酸
化触媒を塗布することを特徴とするスターリング機関用
加熱器としたことである。
【００１０】上記技術的手段によれば、スターリング機
関の加熱器の表面に酸化触媒を塗布した。酸化触媒の存
在により、加熱器表面で酸化反応が起こり、加熱器自体
が反応熱により発熱する。この反応熱が作動ガスの加熱
に寄与する。
関の加熱器の表面に酸化触媒を塗布した。酸化触媒の存
在により、加熱器表面で酸化反応が起こり、加熱器自体
が反応熱により発熱する。この反応熱が作動ガスの加熱
に寄与する。
【００１１】上記技術的課題を解決するにあたり、本発
明の請求項２において示したように、前記酸化触媒とし
て、パラジウムを使用することを特徴とする、請求項１
に記載のスターリング機関用加熱器とすることが好まし
い。他の触媒として、白金等が考えられるが、パラジウ
ムは白金よりもコスト的に有利であるため、安価で高性
能な加熱器とすることができる。
明の請求項２において示したように、前記酸化触媒とし
て、パラジウムを使用することを特徴とする、請求項１
に記載のスターリング機関用加熱器とすることが好まし
い。他の触媒として、白金等が考えられるが、パラジウ
ムは白金よりもコスト的に有利であるため、安価で高性
能な加熱器とすることができる。
【００１２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段は、作動ガスを膨
張、圧縮させることにより外部に出力を取り出すスター
リング機関の内部に配され、一端が圧縮空間に連通し、
他端が再生器に連通し、内部を通過する作動ガスを加熱
膨張させるスターリング機関用加熱器において、前記ス
ターリング機関用加熱器の表面上に担体を塗布し、前記
担体上に酸化触媒を担持することを特徴とする、スター
リング機関用加熱器としたことである。
の請求項３において講じた技術的手段は、作動ガスを膨
張、圧縮させることにより外部に出力を取り出すスター
リング機関の内部に配され、一端が圧縮空間に連通し、
他端が再生器に連通し、内部を通過する作動ガスを加熱
膨張させるスターリング機関用加熱器において、前記ス
ターリング機関用加熱器の表面上に担体を塗布し、前記
担体上に酸化触媒を担持することを特徴とする、スター
リング機関用加熱器としたことである。
【００１３】上記技術的手段によれば、加熱器の表面上
に担体を塗布し、担体上に酸化触媒を担持した。担体を
加熱器表面にコーティングすることにより、加熱器の比
表面積が増大する。さらにその上に酸化触媒を担持すれ
ば、担体を使用していない場合と比べて単位面積当たり
の触媒担持量が増大する。そのため未燃分の燃料がより
多く加熱器の表面上で酸化反応を起こして燃焼し、発熱
することになる。
に担体を塗布し、担体上に酸化触媒を担持した。担体を
加熱器表面にコーティングすることにより、加熱器の比
表面積が増大する。さらにその上に酸化触媒を担持すれ
ば、担体を使用していない場合と比べて単位面積当たり
の触媒担持量が増大する。そのため未燃分の燃料がより
多く加熱器の表面上で酸化反応を起こして燃焼し、発熱
することになる。
【００１４】上記技術的課題を解決するにあたり、本発
明の請求項４において示したように、前記酸化触媒とし
てパラジウムを使用することを特徴とする、請求項３に
記載のスターリング機関用加熱器とすることが好まし
い。他の触媒として、白金等が考えられるが、パラジウ
ムは白金よりもコスト的に有利であるため、安価で高性
能な加熱器とすることができる。
明の請求項４において示したように、前記酸化触媒とし
てパラジウムを使用することを特徴とする、請求項３に
記載のスターリング機関用加熱器とすることが好まし
い。他の触媒として、白金等が考えられるが、パラジウ
ムは白金よりもコスト的に有利であるため、安価で高性
能な加熱器とすることができる。
【００１５】上記技術的課題を解決するにあたり、本発
明の請求項５において示したように、前記担体は、アル
ミナであることを特徴とする、請求項３に記載のスター
リング機関用加熱器とすることが好ましい。アルミナ
は、他の担体と比較して耐熱性に優れている。従って、
アルミナを担体とすることにより、より信頼性が高く、
より耐久性に優れたスターリング機関用加熱器を提供す
ることができる。
明の請求項５において示したように、前記担体は、アル
ミナであることを特徴とする、請求項３に記載のスター
リング機関用加熱器とすることが好ましい。アルミナ
は、他の担体と比較して耐熱性に優れている。従って、
アルミナを担体とすることにより、より信頼性が高く、
より耐久性に優れたスターリング機関用加熱器を提供す
ることができる。
【００１６】上記技術的課題を解決するにあたり、本発
明の請求項６において示したように、前記スターリング
機関用加熱器の表面温度は、７００℃〜８４０℃である
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のスターリ
ング機関用加熱器とすることが好ましい。これらの温度
範囲に加熱器を制御することにより、加熱器における燃
料の燃焼効率がさらに向上する。
明の請求項６において示したように、前記スターリング
機関用加熱器の表面温度は、７００℃〜８４０℃である
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のスターリ
ング機関用加熱器とすることが好ましい。これらの温度
範囲に加熱器を制御することにより、加熱器における燃
料の燃焼効率がさらに向上する。
【００１７】上記技術的課題を解決するにあたり、本発
明の請求項７において示したように、前記酸化触媒は、
前記加熱器の表面全体に均一に塗布または担持されるこ
とを特徴とする、請求項１〜４に記載のスターリング機
関用加熱器とすることが好ましい。加熱器の表面全体に
酸化触媒を塗布または加熱することにより、加熱器の表
面全体が均一に加熱され、加熱器表面の温度がほぼ一定
となる。
明の請求項７において示したように、前記酸化触媒は、
前記加熱器の表面全体に均一に塗布または担持されるこ
とを特徴とする、請求項１〜４に記載のスターリング機
関用加熱器とすることが好ましい。加熱器の表面全体に
酸化触媒を塗布または加熱することにより、加熱器の表
面全体が均一に加熱され、加熱器表面の温度がほぼ一定
となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００１９】装置構成自体は従来のスターリング機関用
加熱器と同様である。即ち、図１に示すように、加熱器
１は、セラミックス製の筒状体からなる燃焼器２の回り
に、略同心円状に形成される複数のヒータチューブ３か
らなっている。ヒータチューブ３の一端は膨張ピストン
４と膨張シリンダ５とで囲まれた空間で形成される膨張
空間６に連通しており、ヒータチューブ３で加熱された
作動ガスは膨張して膨張空間６に入り、膨張ピストン４
を駆動する駆動源となる。ヒータチューブの図示上方に
は排気ダクト１０が設けられ、燃焼後の排気ガスは図に
おける矢印で示す経路を辿り、排気ダクト１０より外部
に放出される。ヒータチューブ３の他端は再生器７に連
結されている。従って、本実施形態例において、筒状体
の燃焼器２の内部空間が燃料ガスの燃焼空間、ヒータチ
ューブ３の周辺空間が作動ガスの加熱空間、排気ダクト
１０付近の空間が燃焼後の排気ガスの排気空間となる。
尚、図示はしないが、再生器７はさらに冷却器に連結さ
れ、冷却器は圧縮ピストンと圧縮シリンダとで囲まれた
空間で形成される圧縮空間に連通する。
加熱器と同様である。即ち、図１に示すように、加熱器
１は、セラミックス製の筒状体からなる燃焼器２の回り
に、略同心円状に形成される複数のヒータチューブ３か
らなっている。ヒータチューブ３の一端は膨張ピストン
４と膨張シリンダ５とで囲まれた空間で形成される膨張
空間６に連通しており、ヒータチューブ３で加熱された
作動ガスは膨張して膨張空間６に入り、膨張ピストン４
を駆動する駆動源となる。ヒータチューブの図示上方に
は排気ダクト１０が設けられ、燃焼後の排気ガスは図に
おける矢印で示す経路を辿り、排気ダクト１０より外部
に放出される。ヒータチューブ３の他端は再生器７に連
結されている。従って、本実施形態例において、筒状体
の燃焼器２の内部空間が燃料ガスの燃焼空間、ヒータチ
ューブ３の周辺空間が作動ガスの加熱空間、排気ダクト
１０付近の空間が燃焼後の排気ガスの排気空間となる。
尚、図示はしないが、再生器７はさらに冷却器に連結さ
れ、冷却器は圧縮ピストンと圧縮シリンダとで囲まれた
空間で形成される圧縮空間に連通する。
【００２０】図２は、図１におけるＡ方向矢視図であ
る。燃焼バーナー装置８は燃焼器２の一端に配置してお
り、燃焼器２の内部に火炎を噴出する。燃焼器２は、そ
の側壁に複数個の孔９が設けてあり、この孔９から火炎
の熱がヒータチューブ３に伝達され、また燃焼器２自体
からの輻射熱もヒータチューブに伝達され、ヒータチュ
ーブ３を加熱する。
る。燃焼バーナー装置８は燃焼器２の一端に配置してお
り、燃焼器２の内部に火炎を噴出する。燃焼器２は、そ
の側壁に複数個の孔９が設けてあり、この孔９から火炎
の熱がヒータチューブ３に伝達され、また燃焼器２自体
からの輻射熱もヒータチューブに伝達され、ヒータチュ
ーブ３を加熱する。
【００２１】ヒータチューブ３は、図３に示すように、
その表面に触媒担体としてのγ−アルミナ１１が塗布さ
れており、さらに、その表面にパラジウム触媒１２が担
持されている。酸化触媒としてのパラジウムは、ヒータ
チューブ３の表面全体に均一に担持される。これらの触
媒の担持は、以下のように行われる。
その表面に触媒担体としてのγ−アルミナ１１が塗布さ
れており、さらに、その表面にパラジウム触媒１２が担
持されている。酸化触媒としてのパラジウムは、ヒータ
チューブ３の表面全体に均一に担持される。これらの触
媒の担持は、以下のように行われる。
【００２２】ヒータチューブ３の表面をショットブラス
トして除錆し、その後プラズマ溶射によりγ−アルミナ
１１をヒータチューブ３の表面にコーティングする。更
に、その表面にパラジウム触媒１２を担持する。
トして除錆し、その後プラズマ溶射によりγ−アルミナ
１１をヒータチューブ３の表面にコーティングする。更
に、その表面にパラジウム触媒１２を担持する。
【００２３】上記構成を備えたスターリング機関用加熱
器を用いたスターリング機関について、以下に、その動
作について図１及び図４を用いて簡単に説明する。
器を用いたスターリング機関について、以下に、その動
作について図１及び図４を用いて簡単に説明する。
【００２４】まず、図４（ａ）から図４（ｂ）に移る行
程では、冷却器により冷却された作動ガスが圧縮空間内
で圧縮ピストンにより圧縮される。このとき、気体の圧
縮により発生する熱は、冷却器による作動ガスの冷却に
より相殺されるため、この行程はほぼ等温的に進行する
（等温圧縮行程）。次に、図４（ｂ）から図４（ｃ）に
移る行程では、圧縮ピストンが上死点方向に、膨張ピス
トンが下死点方向に動くため、作動ガスは等容的に圧縮
空間から膨張空間へと輸送される。このとき、作動ガス
は加熱器を経るため、加熱される（等容加熱行程）。次
に、図４（ｃ）から図４（ｄ）に移る行程では、加熱器
により加熱された作動ガスが膨張空間内で膨張し、膨張
ピストンを駆動する。このときの膨張により発生する冷
熱は、加熱器により作動ガスの加熱により相殺されるた
め、この行程はほぼ等温的に進行する（等温膨張行
程）。次に、図４（ｄ）から図４（ａ）に移る行程で
は、圧縮ピストンが下死点方向に、膨張ピストンが上死
点方向に動くため、作動ガスは等容的に膨張空間から圧
縮空間へと輸送される。このとき、作動ガスは冷却器を
経るため、冷却される（等容冷却行程）。これら４つの
サイクルによりスターリングサイクルが構成されるが、
等温膨張行程において作動ガスが得る仕事の方が、等温
圧縮行程において作動ガスに与えられる仕事よりも大き
い。このため、このサイクルが維持され、連続的に駆動
することが可能となる。
程では、冷却器により冷却された作動ガスが圧縮空間内
で圧縮ピストンにより圧縮される。このとき、気体の圧
縮により発生する熱は、冷却器による作動ガスの冷却に
より相殺されるため、この行程はほぼ等温的に進行する
（等温圧縮行程）。次に、図４（ｂ）から図４（ｃ）に
移る行程では、圧縮ピストンが上死点方向に、膨張ピス
トンが下死点方向に動くため、作動ガスは等容的に圧縮
空間から膨張空間へと輸送される。このとき、作動ガス
は加熱器を経るため、加熱される（等容加熱行程）。次
に、図４（ｃ）から図４（ｄ）に移る行程では、加熱器
により加熱された作動ガスが膨張空間内で膨張し、膨張
ピストンを駆動する。このときの膨張により発生する冷
熱は、加熱器により作動ガスの加熱により相殺されるた
め、この行程はほぼ等温的に進行する（等温膨張行
程）。次に、図４（ｄ）から図４（ａ）に移る行程で
は、圧縮ピストンが下死点方向に、膨張ピストンが上死
点方向に動くため、作動ガスは等容的に膨張空間から圧
縮空間へと輸送される。このとき、作動ガスは冷却器を
経るため、冷却される（等容冷却行程）。これら４つの
サイクルによりスターリングサイクルが構成されるが、
等温膨張行程において作動ガスが得る仕事の方が、等温
圧縮行程において作動ガスに与えられる仕事よりも大き
い。このため、このサイクルが維持され、連続的に駆動
することが可能となる。
【００２５】本発明において、要点となる行程は、図４
（ｃ）から図４（ｄ）に移るときの、等温膨張行程であ
る。即ち、図１において、燃焼バーナー装置８から火炎
が噴出され、その火炎は燃焼器２を加熱し、さらに燃焼
器２から加熱器へと熱が伝達される。すると、加熱器内
の作動ガスが膨張し、膨張室６内の圧力を高め、これに
より膨張ピストン４が駆動するものである。
（ｃ）から図４（ｄ）に移るときの、等温膨張行程であ
る。即ち、図１において、燃焼バーナー装置８から火炎
が噴出され、その火炎は燃焼器２を加熱し、さらに燃焼
器２から加熱器へと熱が伝達される。すると、加熱器内
の作動ガスが膨張し、膨張室６内の圧力を高め、これに
より膨張ピストン４が駆動するものである。
【００２６】上記動作を実現するスターリング機関にお
いて、本発明におけるヒータチューブ３への触媒担持の
効果を確認するため、以下に示す試験条件にて試験を行
った。
いて、本発明におけるヒータチューブ３への触媒担持の
効果を確認するため、以下に示す試験条件にて試験を行
った。
【００２７】（試験条件）スターリング機関の最低圧力
（作動ガスの最低圧力）Ｐmin ＝６，８ＭＰａ、エンジ
ン回転数（膨張ピストン４に連結された、図示せぬクラ
ンクシャフトの回転数）Ｎ＝１０００，１５００ｒｐｍ
の各条件において、燃料入力量Ｑin（ｋＷ）、空気予熱
量Ｑa （ｋＷ）、ヒータ入力量Ｑh （ｋＷ）を測定し
た。ここで、燃料入力量Ｑinとは、ヒータチューブ３の
最高温度を一定に保つために使用する燃料が燃焼したと
きに発生する発熱量の総和である。空気予熱量Ｑa は、
燃焼後の排気ガスを空気によって回収する熱量である。
本実施例においては、排気ガスを空気と熱交換すること
により回収し、その熱をヒータチューブ３の加熱に供し
ているため、ヒータチューブ３の加熱に利用する全入力
熱量は、燃料入力量Ｑinと空気予熱量Ｑa の和となる。
またヒータ入力量Ｑh は、ヒータチューブ３が受けとっ
た熱量（加熱器の吸熱量）である。尚、本実施例におい
ては、ヒータチューブ３の最高温度が８４０℃となるよ
うに燃料入力量Ｑinを制御し、エンジンの状態が安定し
た時点でデータ収録した。また比較のため、触媒を担持
していない加熱器についても同様の試験条件でデータ収
録した。
（作動ガスの最低圧力）Ｐmin ＝６，８ＭＰａ、エンジ
ン回転数（膨張ピストン４に連結された、図示せぬクラ
ンクシャフトの回転数）Ｎ＝１０００，１５００ｒｐｍ
の各条件において、燃料入力量Ｑin（ｋＷ）、空気予熱
量Ｑa （ｋＷ）、ヒータ入力量Ｑh （ｋＷ）を測定し
た。ここで、燃料入力量Ｑinとは、ヒータチューブ３の
最高温度を一定に保つために使用する燃料が燃焼したと
きに発生する発熱量の総和である。空気予熱量Ｑa は、
燃焼後の排気ガスを空気によって回収する熱量である。
本実施例においては、排気ガスを空気と熱交換すること
により回収し、その熱をヒータチューブ３の加熱に供し
ているため、ヒータチューブ３の加熱に利用する全入力
熱量は、燃料入力量Ｑinと空気予熱量Ｑa の和となる。
またヒータ入力量Ｑh は、ヒータチューブ３が受けとっ
た熱量（加熱器の吸熱量）である。尚、本実施例におい
ては、ヒータチューブ３の最高温度が８４０℃となるよ
うに燃料入力量Ｑinを制御し、エンジンの状態が安定し
た時点でデータ収録した。また比較のため、触媒を担持
していない加熱器についても同様の試験条件でデータ収
録した。
【００２８】（試験結果）表１に試験結果を示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１において、ηh はヒータ効率であり、
ηh ＝Ｑh ／（Ｑin＋Ｑa ）で求められる。表１より、
触媒を担持したものと、していないものとでは、触媒を
担持したものの方が、ヒータ効率ηh が良く、同条件の
ものと比較して、最大２４％程度向上している。これ
は、ヒータチューブ３の加熱に利用する全入力熱量Ｑin
＋Ｑa が、触媒を担持していないものに比べて減少して
いるためである。この結果は次の理由により説明され
る。即ち、ヒータチューブの表面に触媒を担持した場
合、ヒータチューブ表面で酸化反応が起こり、ヒータチ
ューブ表面自体が発熱する。のためヒータチューブの加
熱に利用する入力熱量は、対流熱伝達と輻射熱伝達に加
えて、ヒータチューブ表面での燃焼反応による発熱を加
味することができる。従って、このヒータチューブ表面
の発熱がヒータチューブの加熱に寄与することにより、
相対的に対流及び輻射による伝熱量を少なくすることが
でき、燃料入力量Ｑin及び空気予熱量Ｑa を減少するこ
とができる。このため、触媒を使用することにより、加
熱器を同一温度に保つために必要な燃料を節約すること
ができる。
ηh ＝Ｑh ／（Ｑin＋Ｑa ）で求められる。表１より、
触媒を担持したものと、していないものとでは、触媒を
担持したものの方が、ヒータ効率ηh が良く、同条件の
ものと比較して、最大２４％程度向上している。これ
は、ヒータチューブ３の加熱に利用する全入力熱量Ｑin
＋Ｑa が、触媒を担持していないものに比べて減少して
いるためである。この結果は次の理由により説明され
る。即ち、ヒータチューブの表面に触媒を担持した場
合、ヒータチューブ表面で酸化反応が起こり、ヒータチ
ューブ表面自体が発熱する。のためヒータチューブの加
熱に利用する入力熱量は、対流熱伝達と輻射熱伝達に加
えて、ヒータチューブ表面での燃焼反応による発熱を加
味することができる。従って、このヒータチューブ表面
の発熱がヒータチューブの加熱に寄与することにより、
相対的に対流及び輻射による伝熱量を少なくすることが
でき、燃料入力量Ｑin及び空気予熱量Ｑa を減少するこ
とができる。このため、触媒を使用することにより、加
熱器を同一温度に保つために必要な燃料を節約すること
ができる。
【００３１】上記表１に示す、加熱器の表面温度が８４
０℃の場合以外の温度条件について、燃焼効率を調査し
た。これについて、図５に示す。図５は、加熱器の表面
温度が７００℃、７５０℃の場合の燃焼効率を示すグラ
フであり、横軸にヒータ入力量Ｑh を、縦軸にヒータ効
率ηh をとったものである。またグラフ中、Ａ，Ｂのも
のは加熱器表面にパラジウム触媒を担持したもの（Ａは
加熱器表面温度が７００℃、Ｂは加熱器表面温度が７５
０℃）、Ｃは触媒を担持しないもの（加熱器表面温度７
００℃）である。これより明らかなように、触媒を担持
した加熱器においては、７００℃、７５０℃の加熱器表
面温度においても、触媒を担持していない加熱器を用い
た場合と比較して、ヒータ効率ηh が大きいことがわか
る。
０℃の場合以外の温度条件について、燃焼効率を調査し
た。これについて、図５に示す。図５は、加熱器の表面
温度が７００℃、７５０℃の場合の燃焼効率を示すグラ
フであり、横軸にヒータ入力量Ｑh を、縦軸にヒータ効
率ηh をとったものである。またグラフ中、Ａ，Ｂのも
のは加熱器表面にパラジウム触媒を担持したもの（Ａは
加熱器表面温度が７００℃、Ｂは加熱器表面温度が７５
０℃）、Ｃは触媒を担持しないもの（加熱器表面温度７
００℃）である。これより明らかなように、触媒を担持
した加熱器においては、７００℃、７５０℃の加熱器表
面温度においても、触媒を担持していない加熱器を用い
た場合と比較して、ヒータ効率ηh が大きいことがわか
る。
【００３２】尚、本実施例においては、酸化触媒として
パラジウムを、担体としてγ−アルミナを使用したが、
その他の触媒として、白金、ニッケル、コバルト等が考
えられ、またその他の担体として活性化アルミナ、珪藻
土等が考えられる。これらの触媒及び担体に関しても、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適用可能であ
る。
パラジウムを、担体としてγ−アルミナを使用したが、
その他の触媒として、白金、ニッケル、コバルト等が考
えられ、またその他の担体として活性化アルミナ、珪藻
土等が考えられる。これらの触媒及び担体に関しても、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適用可能であ
る。
【００３３】
【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。
する。
【００３４】スターリング機関用加熱器の表面に酸化触
媒を塗布した。酸化触媒の存在により、加熱器表面で酸
化反応が起こり、加熱器自体が反応熱により発熱する。
この反応熱が作動ガスの加熱に寄与する。従って、加熱
器を同一温度に保つために必要な燃料を減少させること
ができ、燃料を節約することができる。この触媒塗布に
ついて、触媒を燃焼器、または燃焼バーナ装置に塗布す
ることも考えられるが、この場合、加熱器内の作動ガス
に熱を伝達する方法は、結局従来と同じ対流、輻射熱伝
達によるものとなってしまい、燃焼効率としては、本発
明よりも劣ることとなる。本発明は、対流、輻射熱伝達
以外に、加熱器自体を自ら加熱させることにより、ほぼ
直接的に作動ガスに熱を与えるものであるから、燃焼効
率が飛躍的に向上する。
媒を塗布した。酸化触媒の存在により、加熱器表面で酸
化反応が起こり、加熱器自体が反応熱により発熱する。
この反応熱が作動ガスの加熱に寄与する。従って、加熱
器を同一温度に保つために必要な燃料を減少させること
ができ、燃料を節約することができる。この触媒塗布に
ついて、触媒を燃焼器、または燃焼バーナ装置に塗布す
ることも考えられるが、この場合、加熱器内の作動ガス
に熱を伝達する方法は、結局従来と同じ対流、輻射熱伝
達によるものとなってしまい、燃焼効率としては、本発
明よりも劣ることとなる。本発明は、対流、輻射熱伝達
以外に、加熱器自体を自ら加熱させることにより、ほぼ
直接的に作動ガスに熱を与えるものであるから、燃焼効
率が飛躍的に向上する。
【００３５】また、従来においては、不完全燃焼により
発生する一酸化炭素の濃度を減少させるために、燃焼器
を大きいものとし、燃料の燃焼器内での対流時間を長く
することにより、一酸化炭素を反応させて濃度を下げて
いたが、本発明により、一酸化炭素等の未燃分の燃料が
加熱器表面で燃焼反応を起こすことにより、効率の良い
燃焼が可能となった。従って、燃焼器を従来のものより
も小さくしても、一酸化炭素の濃度は低く留まり、その
結果、装置の省スペース化を計ることができる。
発生する一酸化炭素の濃度を減少させるために、燃焼器
を大きいものとし、燃料の燃焼器内での対流時間を長く
することにより、一酸化炭素を反応させて濃度を下げて
いたが、本発明により、一酸化炭素等の未燃分の燃料が
加熱器表面で燃焼反応を起こすことにより、効率の良い
燃焼が可能となった。従って、燃焼器を従来のものより
も小さくしても、一酸化炭素の濃度は低く留まり、その
結果、装置の省スペース化を計ることができる。
【００３６】請求項２、４の発明は、以下の如く効果を
有する。
有する。
【００３７】加熱器の表面に塗布又は担体状に担持する
酸化触媒として、パラジウムを使用した。他の触媒とし
て、白金等が考えられるが、パラジウムは白金よりもコ
スト的に有利である。従って、コストの低減を計ること
ができる。
酸化触媒として、パラジウムを使用した。他の触媒とし
て、白金等が考えられるが、パラジウムは白金よりもコ
スト的に有利である。従って、コストの低減を計ること
ができる。
【００３８】請求項３の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００３９】加熱器の表面上に担体を塗布し、担体上に
酸化触媒を担持した。担体を加熱器表面にコーティング
することにより、加熱器の比表面積が増大する。さらに
その上に酸化触媒を担持すれば、担体を使用していない
場合と比べて単位面積当たりの触媒担持量が増大し、未
燃分の燃料がより多く加熱器の表面上で燃焼して発熱す
ることになる。従って、さらに熱効率の良い加熱器とす
ることができる。
酸化触媒を担持した。担体を加熱器表面にコーティング
することにより、加熱器の比表面積が増大する。さらに
その上に酸化触媒を担持すれば、担体を使用していない
場合と比べて単位面積当たりの触媒担持量が増大し、未
燃分の燃料がより多く加熱器の表面上で燃焼して発熱す
ることになる。従って、さらに熱効率の良い加熱器とす
ることができる。
【００４０】請求項５の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００４１】酸化触媒を担持させる担体として、アルミ
ナを使用した。アルミナは、他の担体と比較して耐熱性
に優れている。従って、アルミナを担体とすることによ
り、より信頼性が高く、より耐久性に優れたスターリン
グ機関用加熱器とすることができる。
ナを使用した。アルミナは、他の担体と比較して耐熱性
に優れている。従って、アルミナを担体とすることによ
り、より信頼性が高く、より耐久性に優れたスターリン
グ機関用加熱器とすることができる。
【００４２】請求項６の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００４３】加熱器の表面温度は７００℃〜８４０℃と
した。これらの温度範囲に加熱器表面温度を制御するこ
とにより、酸化触媒の燃焼反応を促進し、より効率の良
い燃焼を行うことができる。
した。これらの温度範囲に加熱器表面温度を制御するこ
とにより、酸化触媒の燃焼反応を促進し、より効率の良
い燃焼を行うことができる。
【００４４】請求項７の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００４５】酸化触媒を、加熱器の表面全体に均一に塗
布または担持した。これにより、加熱器の表面全体を酸
化触媒の燃焼反応により加熱し、加熱器の温度分布をほ
ぼ一定とすることができる。これにより、局部的な加熱
器の温度上昇または温度降下を防止でき、加熱器の温度
のバラツキによるスターリングサイクルの効率のロスを
防止できる。
布または担持した。これにより、加熱器の表面全体を酸
化触媒の燃焼反応により加熱し、加熱器の温度分布をほ
ぼ一定とすることができる。これにより、局部的な加熱
器の温度上昇または温度降下を防止でき、加熱器の温度
のバラツキによるスターリングサイクルの効率のロスを
防止できる。
【図１】スターリング機関の加熱器付近の拡大部分断面
図である。
図である。
【図２】図１におけるＡ方向矢視図である。
【図３】本発明におけるヒータチューブ（加熱器）の拡
大断面図である。
大断面図である。
【図４】スターリング機関の作動原理を示す図である。
【図５】加熱器表面に触媒を担持した場合と担持しない
場合との、ヒータ効率の違いを示すグラフであり、横軸
がヒータ入熱量、縦軸がヒータ効率である。
場合との、ヒータ効率の違いを示すグラフであり、横軸
がヒータ入熱量、縦軸がヒータ効率である。
１ 加熱器 ２ 燃焼器 ３ ヒータチューブ（加熱器） ４ 膨張ピストン ５ 膨張シリンダ ６ 膨張空間 ７ 再生器 ８ 燃焼バーナ装置 ９ 孔 １０ 排気ダクト １１ γ−アルミナ（アルミナ） １２ パラジウム触媒（酸化触媒）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊 東 厚 直 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 作動ガスを膨張、圧縮させることにより
外部に出力を取り出すスターリング機関の内部に配さ
れ、一端が圧縮空間に連通し、他端が再生器に連通し、
内部を通過する作動ガスを加熱膨張させるスターリング
機関用加熱器において、 前記スターリング機関用加熱器の表面上に酸化触媒を塗
布することを特徴とするスターリング機関用加熱器。 - 【請求項２】 前記酸化触媒は、パラジウムであること
を特徴とする、請求項１に記載のスターリング機関用加
熱器。 - 【請求項３】 作動ガスを膨張、圧縮させることにより
外部に出力を取り出すスターリング機関の内部に配さ
れ、一端が圧縮空間に連通し、他端が再生器に連通し、
内部を通過する作動ガスを加熱膨張させるスターリング
機関用加熱器において、 前記スターリング機関用加熱器の表面上に担体を塗布
し、前記担体上に酸化触媒を担持することを特徴とす
る、スターリング機関用加熱器。 - 【請求項４】 前記酸化触媒は、パラジウムであること
を特徴とする、請求項３に記載のスターリング機関用加
熱器。 - 【請求項５】 前記担体は、アルミナであることを特徴
とする、請求項３に記載のスターリング機関用加熱器。 - 【請求項６】 前記スターリング機関用加熱器の表面温
度は、７００℃〜８４０℃であることを特徴とする、請
求項１または３に記載のスターリング機関用加熱器。 - 【請求項７】 前記酸化触媒は、前記加熱器の表面全体
に均一に塗布または担持されることを特徴とする、請求
項１〜４に記載のスターリング機関用加熱器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1557296A JPH08296501A (ja) | 1995-03-02 | 1996-01-31 | スターリング機関用加熱器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-43177 | 1995-03-02 | ||
| JP4317795 | 1995-03-02 | ||
| JP1557296A JPH08296501A (ja) | 1995-03-02 | 1996-01-31 | スターリング機関用加熱器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296501A true JPH08296501A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=26351748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1557296A Pending JPH08296501A (ja) | 1995-03-02 | 1996-01-31 | スターリング機関用加熱器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08296501A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1227238A2 (en) * | 2001-01-26 | 2002-07-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Heating device for external combustion engine |
| SE1850008A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-03 | Maston AB | Stirling engine comprising an exhaust gas catalyst |
| CN110273778A (zh) * | 2018-03-13 | 2019-09-24 | 浙江大学 | 用于斯特林发动机的加热器及斯特林循环系统 |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP1557296A patent/JPH08296501A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1227238A2 (en) * | 2001-01-26 | 2002-07-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Heating device for external combustion engine |
| EP1227238A3 (en) * | 2001-01-26 | 2003-05-02 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Heating device for external combustion engine |
| SE1850008A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-03 | Maston AB | Stirling engine comprising an exhaust gas catalyst |
| WO2019135698A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-11 | Maston AB | Stirling engine comprising an exhaust gas catalyst element |
| CN110273778A (zh) * | 2018-03-13 | 2019-09-24 | 浙江大学 | 用于斯特林发动机的加热器及斯特林循环系统 |
| CN110273778B (zh) * | 2018-03-13 | 2024-04-09 | 浙江大学 | 用于斯特林发动机的加热器及斯特林循环系统 |
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