JPH09318172A - Heat exchanger for external combustion type hot-gas engine - Google Patents

Heat exchanger for external combustion type hot-gas engine

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JPH09318172A
JPH09318172A JP16096496A JP16096496A JPH09318172A JP H09318172 A JPH09318172 A JP H09318172A JP 16096496 A JP16096496 A JP 16096496A JP 16096496 A JP16096496 A JP 16096496A JP H09318172 A JPH09318172 A JP H09318172A
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JP
Japan
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heat exchanger
gas
working gas
heat
external
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Application number
JP16096496A
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Japanese (ja)
Inventor
Izumi Okamoto
泉 岡本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide for an external combustion type hot-gas engine a heat exchanger which facilitates the manufacture in parallel with securement of high heat-exchange efficiency. SOLUTION: In the trunk part 53 of a gas tube 50 an inner fin 55 is put in a manner of press fitting. The inner fin 55 is a product of extrusion molding of aluminum alloy, copper, or the like, comprising six fins 56 forming the shape of an asterisk, placed radially from the center at an equal angle between any adjacent two of them. Thus the passage of the gas tube 50 is divided into six equal parts. From each of two sides of each fin 56 there are three pairs of subfins 57 projecting. A number of ring-shaped outer fins 54 are formed on the outer wall 53b of the trunk part 53.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房装置や給湯
装置等の冷熱源として好適な外燃式熱ガス機関の熱交換
器に係り、詳しくは熱交換効率の向上や製造の容易化等
を図る技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger of an external combustion type hot gas engine, which is suitable as a cold heat source for a heating / cooling device, a hot water supply device, etc. Concerning technology to plan.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、冷暖房や給湯を行う装置として、
外燃式熱ガス機関たるヴェルミエサイクルを利用したヒ
ートポンプ(以下、VMHP:Vuilleumier Cycle Heat
Pumpという)が開発されている。VMHPは、封入媒
体(作動ガス)としてのHe(ヘリウム)ガスの温度分
布変化のみにより圧力変化を引起し、ダイレクトに冷暖
房・給湯を可能とするものである(例えば、特公平5−
65777号公報または特開平4−113170号公報
等参照)。
2. Description of the Related Art In recent years, as a device for cooling, heating and hot water supply,
A heat pump that uses the Vermier cycle that is an external combustion type hot gas engine (hereinafter, VMHP: Vuilleumier Cycle Heat
Pump). The VMHP causes a pressure change only by a change in the temperature distribution of He (helium) gas as an encapsulating medium (working gas), thereby enabling direct heating / cooling / hot water supply (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-5-2).
65777 or JP-A-4-113170).

【0003】VMHPの作動ガス回路には中温室や低温
室に熱交換器が設けられている。熱交換器は作動ガスと
外部熱媒体との間で熱エネルギーの授受を行わせる装置
であり、例えば、中温側熱交換器内では作動ガスから外
部熱媒体に熱エネルギーが放出され、低温側熱交換器内
では作動ガスが外部熱媒体の熱エネルギーを吸収する。
従来の熱交換器は、外部熱冷媒用の配管が接続される熱
交換器本体と、熱交換器本体内に配設されたガスチュー
ブとからなっており、作動ガスと外部熱冷媒とがガスチ
ューブの管壁により隔てられている。
[0003] The working gas circuit of the VMHP is provided with a heat exchanger in a medium temperature room or a low temperature room. The heat exchanger is a device that transfers heat energy between the working gas and the external heat medium.For example, in a medium-temperature heat exchanger, heat energy is released from the working gas to the external heat medium, and the low-temperature heat In the exchanger, the working gas absorbs the heat energy of the external heating medium.
A conventional heat exchanger includes a heat exchanger body to which a pipe for an external heat refrigerant is connected, and a gas tube arranged in the heat exchanger body, and the working gas and the external heat refrigerant are gas. It is separated by the tube wall of the tube.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した熱ガス機関で
は、運転中に作動ガスの圧力が10MPa程度に上昇す
るため、ガスチューブには高い耐圧性が要求される。ま
た、熱交換効率を向上させるためには、作動ガスと外部
熱冷媒との間に広い伝熱面積を確保する必要がある。そ
こで従来は、ガスチューブとして厚肉小径のものを用
い、これを熱交換器本体内に数百本〜千本程度配置する
ようにしていた。しかしながら、このような構成を採っ
た場合、部品点数が非常に多くなると共に個々のガスチ
ューブを熱交換器本体の支持孔に挿通させる工程等も煩
雑になり、製造コストの上昇や製造に要する時間の増大
が避けられなかった。
In the above-described hot gas engine, since the pressure of the working gas increases to about 10 MPa during operation, the gas tube is required to have high pressure resistance. Further, in order to improve the heat exchange efficiency, it is necessary to secure a wide heat transfer area between the working gas and the external heat refrigerant. Therefore, conventionally, a thick and small-diameter gas tube has been used, and several hundred to 1,000 tubes have been arranged in the heat exchanger body. However, when such a configuration is employed, the number of parts becomes extremely large, and the step of inserting individual gas tubes into the support holes of the heat exchanger body becomes complicated, which increases the production cost and the time required for production. Increase was inevitable.

【0005】本発明の目的は、高い熱交換効率を確保し
ながら製造の容易化を実現した外燃式熱ガス機関の熱交
換器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a heat exchanger for an external combustion type hot gas engine, which realizes simplification of manufacturing while ensuring high heat exchange efficiency.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、外燃式熱ガス機関のピストンの
外周に設けられると共に、作動ガス回路と外部熱媒体回
路との間に介装される熱交換器であって、外部熱媒体が
流通する筒状の熱交換器本体と、当該熱交換器本体内に
配設されて作動ガスの流通に供されるガスチューブと、
このガスチューブの内壁面に前記作動ガスの流れ方向に
略沿うように形成されたインナフィンとを備えたことを
特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is provided on the outer periphery of a piston of an external combustion type hot gas engine, and between the working gas circuit and the external heat medium circuit. A heat exchanger that is interposed in, a cylindrical heat exchanger main body through which the external heat medium flows, a gas tube that is provided in the heat exchanger main body and is used for the flow of working gas,
The inner wall of the gas tube is provided with inner fins formed substantially along the flow direction of the working gas.

【0007】この発明によれば、作動ガスに対する熱エ
ネルギーの伝達が、ガスチューブの内壁面だけではな
く、インナフィンによっても行われることになり、熱交
換効率が向上する。
According to the present invention, the heat energy is transferred to the working gas not only by the inner wall surface of the gas tube but also by the inner fin, so that the heat exchange efficiency is improved.

【0008】また、請求項2の発明は、外燃式熱ガス機
関のピストンの外周に設けられると共に、作動ガス回路
と外部熱媒体回路との間に介装される熱交換器であっ
て、外部熱媒体が流通する筒状の熱交換器本体と、当該
熱交換器本体内に配設されて作動ガスの流通に供される
ガスチューブと、このガスチューブの内壁面に前記作動
ガスの流れ方向に略沿うように形成されたインナフィン
と、当該インナフィンの表面に形成されたサブフィンと
を備えたことを特徴とする。
Further, the invention of claim 2 is a heat exchanger which is provided on the outer periphery of a piston of an external combustion type hot gas engine and is interposed between a working gas circuit and an external heat medium circuit, A cylindrical heat exchanger main body through which the external heat medium flows, a gas tube provided in the heat exchanger main body for supplying the working gas, and a flow of the working gas on the inner wall surface of the gas tube. It is characterized in that it is provided with inner fins formed substantially along the direction and sub-fins formed on the surface of the inner fins.

【0009】この発明によれば、作動ガスに対する熱エ
ネルギーの伝達がインナフィンとサブフィンとによって
行われることになり、熱交換効率が更に向上する。
According to the present invention, the heat energy is transferred to the working gas by the inner fins and the sub fins, and the heat exchange efficiency is further improved.

【0010】また、請求項3の発明によれば、外燃式熱
ガス機関の作動ガス回路と外部熱媒体回路との間に介装
され、外部熱媒体が流通する熱交換器本体と、当該熱交
換器本体内に配設されて作動ガスの流通に供されるガス
チューブとを有する熱交換器において、前記ガスチュー
ブの内壁面に前記作動ガスの流れ方向に略沿うようにイ
ンナフィンが形成され、当該ガスチューブの外壁面に前
記外部熱媒体の流れ方向に略沿うようにアウタフィンが
形成されたことを特徴とする。
Further, according to the invention of claim 3, a heat exchanger main body, which is interposed between the working gas circuit of the external combustion type hot gas engine and the external heat medium circuit, and through which the external heat medium flows, In a heat exchanger having a gas tube provided in the heat exchanger main body and used for circulation of a working gas, inner fins are formed on an inner wall surface of the gas tube so as to be substantially along a flow direction of the working gas. An outer fin is formed on the outer wall surface of the gas tube so as to extend substantially along the flow direction of the external heat medium.

【0011】この発明によれば、作動ガスに対する熱エ
ネルギーの伝達が、インナフィンによっても行われる一
方、外部熱冷媒に対する熱エネルギーの伝達がアウタフ
ィンによっても行われることになり、熱交換効率が更に
向上する。
According to the present invention, the heat energy is transferred to the working gas by the inner fins, while the heat energy is transferred to the external heat refrigerant by the outer fins, and the heat exchange efficiency is further improved. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】図1は空気調和機の冷温水供給回路を示し
ており、この回路には図2に断面斜視を示すヴィルミエ
サイクルの熱ガス機関1が採用されている。熱ガス機関
1は、互いに直交配置された高温側ピストン2と低温側
ピストン3とを備えており、これらがヘリウム等の作動
ガスを封入した容器に収納されている。容器内部は、高
温室12と、中温室13,14と、低温室15とに区画
されている。また、高温室12の端部には加熱器16を
有しており、加熱器16は、燃焼器11により加熱され
る。
FIG. 1 shows a cold / hot water supply circuit of an air conditioner, which employs a Vilmier cycle hot gas engine 1 whose sectional perspective is shown in FIG. The hot gas engine 1 includes a high-temperature-side piston 2 and a low-temperature-side piston 3 arranged orthogonally to each other, and these are housed in a container in which a working gas such as helium is sealed. The inside of the container is partitioned into a high-temperature chamber 12, medium-temperature chambers 13 and 14, and a low-temperature chamber 15. Further, a heater 16 is provided at the end of the high temperature chamber 12, and the heater 16 is heated by the combustor 11.

【0014】両ピストン2,3は、例えば高温側ピスト
ン2が上死点と下死点との中間位置へ到達するときに、
低温側ピストン3が上死点に位置するように、互いに9
0°位相をずらして動作するべく、モータ9で駆動され
るクランク10を介して連結されている。高温側ピスト
ン2と低温側ピストン3とが動作すると、封入された作
動ガスが、高温再生器4と低温再生器7を通って各室1
2と13,14と15間を移動する。そして、作動ガス
は、これら再生器4,7を通過する際に、加熱あるいは
冷却されることになり、密閉容器内が昇圧あるいは減圧
されることになる。
When the high temperature side piston 2 reaches an intermediate position between the top dead center and the bottom dead center, for example,
The low-temperature side piston 3 is positioned 9
In order to operate with a phase shift of 0 °, they are connected via a crank 10 driven by a motor 9. When the high-temperature side piston 2 and the low-temperature side piston 3 operate, the enclosed working gas passes through the high-temperature regenerator 4 and the low-temperature regenerator 7 and each chamber 1
Move between 2 and 13, 14 and 15. Then, the working gas is heated or cooled when passing through the regenerators 4 and 7, so that the pressure inside the closed container is increased or decreased.

【0015】例えば、高温室12の作動ガスが高温再生
器4を通って中温室13に移動する際には、作動ガスの
熱エネルギーが高温再生器4に蓄えられ、作動ガスの圧
力は低下する。逆に、作動ガスが中温室13から高温室
12に環流する際には、高温再生器4に蓄えられた熱エ
ネルギーが作動ガスに放出され、作動ガスの圧力は上昇
する。また、低温室15の作動ガスが低温再生器7を通
って中温室13に移動する際には、作動ガスに高温再生
器4の熱エネルギーが供給され、作動ガスの圧力も上昇
する。逆に、作動ガスが中温室13から低温室15に環
流する際には、作動ガスの熱エネルギーが低温再生器4
に吸収され、作動ガスの圧力は低下する。
For example, when the working gas in the high temperature chamber 12 moves to the middle greenhouse 13 through the high temperature regenerator 4, the thermal energy of the working gas is stored in the high temperature regenerator 4 and the pressure of the working gas decreases. . Conversely, when the working gas circulates from the middle greenhouse 13 to the high temperature chamber 12, the thermal energy stored in the high temperature regenerator 4 is released to the working gas, and the pressure of the working gas rises. When the working gas in the low-temperature chamber 15 moves to the medium-temperature chamber 13 through the low-temperature regenerator 7, the working gas is supplied with the thermal energy of the high-temperature regenerator 4, and the pressure of the working gas also increases. On the contrary, when the working gas is recirculated from the middle greenhouse 13 to the low temperature chamber 15, the thermal energy of the working gas is changed to the low temperature regenerator 4.
And the pressure of the working gas decreases.

【0016】また、外部との熱エネルギーのやり取り
は、中温室13,14と接続する中温熱交換器5,6及
び低温室と接続する低温熱交換器8が行う。例えば、加
熱器16が高温室12の作動ガスに熱エネルギーを与え
ると、中温室13,14側の作動ガスが中温熱交換器
5,6を介して外部熱媒体に熱エネルギーを放出すると
共に、低温室15側の作動ガスが低温熱交換器8を介し
て外部熱媒体から熱エネルギーを吸収する。
The exchange of heat energy with the outside is performed by the medium temperature heat exchangers 5 and 6 connected to the intermediate greenhouses 13 and 14 and the low temperature heat exchanger 8 connected to the low temperature chamber. For example, when the heater 16 gives thermal energy to the working gas in the high temperature chamber 12, the working gas in the medium temperature chambers 13 and 14 emits heat energy to the external heat medium via the medium temperature heat exchangers 5 and 6, and The working gas in the low-temperature chamber 15 absorbs heat energy from the external heat medium through the low-temperature heat exchanger 8.

【0017】すなわち、本実施形態の熱ガス機関1で
は、低温熱交換器8と低温室15とは吸熱部を構成する
一方で、中温熱交換器5,6と中温室13,14とが放
熱部を構成し、熱ガス機関1の低温熱交換器8、および
中温熱交換器5,6を利用してなる空気調和機100が
提供される。空気調和機100は、熱ガス機関1と室内
機200と室外機300とからなっている。
That is, in the hot gas engine 1 of the present embodiment, the low-temperature heat exchanger 8 and the low-temperature chamber 15 constitute a heat absorbing portion, while the medium-temperature heat exchangers 5 and 6 and the medium-temperature chambers 13 and 14 radiate heat. The air conditioner 100 which constitutes a part and uses the low temperature heat exchanger 8 and the medium temperature heat exchangers 5 and 6 of the hot gas engine 1 is provided. The air conditioner 100 includes a hot gas engine 1, an indoor unit 200, and an outdoor unit 300.

【0018】室内機200内には室内熱交換器201が
配設され、室外機300内には室外熱交換器300が配
設されている。203は室内ファン、303は室外ファ
ンである。低温熱交換器8と室内熱交換器201は、管
路21と四方弁36と管路22とによりつながれ、さら
に室内熱交換器201と低温熱交換器8は、管路23と
四方弁37と管路24とによりつながれている。また、
中温熱交換器5と室外熱交換器301は、管路31と四
方弁36と管路32とによりつながれ、さらに室外熱交
換器301と中温熱交換器6は、管路33と四方弁37
と管路34とによりつながれている。また、中温熱交換
器5と6は、管路35とによりつながれている。管路を
循環する外部熱媒体としては、水(以下、液冷媒と記
す)が用いられている。
An indoor heat exchanger 201 is provided in the indoor unit 200, and an outdoor heat exchanger 300 is provided in the outdoor unit 300. Reference numeral 203 is an indoor fan, and 303 is an outdoor fan. The low-temperature heat exchanger 8 and the indoor heat exchanger 201 are connected by the pipe 21, the four-way valve 36, and the pipe 22, and the indoor heat exchanger 201 and the low-temperature heat exchanger 8 are connected by the pipe 23 and the four-way valve 37. It is connected to the pipeline 24. Also,
The intermediate heat exchanger 5 and the outdoor heat exchanger 301 are connected by a pipe 31, a four-way valve 36 and a pipe 32, and the outdoor heat exchanger 301 and the intermediate heat exchanger 6 are further connected by a pipe 33 and a four-way valve 37.
And a conduit 34. The medium temperature heat exchangers 5 and 6 are connected to each other by a pipe line 35. Water (hereinafter, referred to as liquid refrigerant) is used as an external heat medium circulating in the pipeline.

【0019】冷房運転時には、燃焼器11の点火により
熱ガス機関1が作動し、中温熱交換器5,6を介して作
動ガスの熱エネルギーが液冷媒に放出される一方で、低
温熱交換器8を介して液冷媒の熱エネルギーが作動ガス
に吸収される。この際、四方弁36,37は図1で実線
で示すように切り替えられており、低温熱交換器8で熱
エネルギーを放出した液冷媒は、管路21、四方弁3
6、管路22を経由して室内熱交換器201に流れる。
室内機200内では、低温となった室内熱交換器201
に室内ファン203からの送風が行われ、室内に冷風が
送り出され(冷房が行われ)、室内気の熱エネルギーを
吸収した液冷媒は管路23、四方弁37、管路24を経
由して低温熱交換器8に環流する。
During the cooling operation, the hot gas engine 1 is operated by the ignition of the combustor 11, and the heat energy of the working gas is released to the liquid refrigerant through the medium temperature heat exchangers 5, 6, while the low temperature heat exchanger is operated. The heat energy of the liquid refrigerant is absorbed by the working gas through the pipe 8. At this time, the four-way valves 36 and 37 are switched as shown by the solid line in FIG. 1, and the liquid refrigerant that has released the heat energy in the low-temperature heat exchanger 8 is the pipe line 21 and the four-way valve 3
6, it flows into the indoor heat exchanger 201 via the pipe line 22.
In the indoor unit 200, the indoor heat exchanger 201 becomes low in temperature.
Is blown from the indoor fan 203, cool air is blown into the room (cooling is performed), and the liquid refrigerant that has absorbed the heat energy of the room air passes through the pipe 23, the four-way valve 37, and the pipe 24. It recirculates to the low-temperature heat exchanger 8.

【0020】このとき、中温熱交換器5で熱エネルギー
を吸収した液冷媒は、管路31、四方弁36、管路32
を通じて室外熱交換器301に流れ、そこで室外ファン
303からの送風により冷却された後、管路33、四方
弁37、管路34を通じて中温熱交換器6に流れ、さら
に管路35を通じて中温熱交換器5に環流する。
At this time, the liquid refrigerant having absorbed the heat energy in the intermediate-temperature heat exchanger 5 is supplied to the pipe 31, the four-way valve 36, and the pipe 32.
To the outdoor heat exchanger 301, where it is cooled by the air blown from the outdoor fan 303, then flows to the intermediate temperature heat exchanger 6 through the conduit 33, the four-way valve 37, and the conduit 34, and further through the conduit 35. Return to vessel 5.

【0021】また、暖房運転時にも、燃焼器11の点火
により熱ガス機関1が作動し、中温熱交換器5,6を介
して作動ガスの熱エネルギーが液冷媒に吸収される一方
で、低温熱交換器8を介して液冷媒の熱エネルギーが作
動ガスに放出されるが、この際には四方弁36,37が
図1で点線で示すように切り替えられる。この場合、中
温熱交換器5,6で熱エネルギーを吸収した液冷媒は、
管路31、四方弁36、管路22を経由して室内熱交換
器201に流れる。室内機200内では、比較的高温と
なった室内熱交換器201に室内ファン203からの送
風が行われ、室内に温風が送り出される(暖房が行われ
る)一方で、室内に熱エネルギーを放出した液冷媒は管
路23、四方弁37、管路34を経由して中温熱交換器
5,6に環流する。
Also, during the heating operation, the hot gas engine 1 is operated by the ignition of the combustor 11, and the heat energy of the working gas is absorbed by the liquid refrigerant through the medium-temperature heat exchangers 5 and 6, while the low-temperature The heat energy of the liquid refrigerant is released to the working gas via the heat exchanger 8, and at this time, the four-way valves 36 and 37 are switched as shown by the dotted lines in FIG. In this case, the liquid refrigerant that has absorbed the heat energy in the medium-temperature heat exchangers 5, 6 is:
It flows to the indoor heat exchanger 201 via the pipe 31, the four-way valve 36, and the pipe 22. In the indoor unit 200, air is blown from the indoor fan 203 to the indoor heat exchanger 201, which has become relatively hot, and hot air is blown into the room (heating is performed), while heat energy is released into the room. The liquid refrigerant flows through the pipe 23, the four-way valve 37, and the pipe 34 to the intermediate-temperature heat exchangers 5 and 6.

【0022】このとき、低温熱交換器8で熱エネルギー
を放出した液冷媒は、管路21、四方弁36、管路32
を通じて室外熱交換器301に流れ、そこで室外ファン
303からの送風により外気の熱エネルギーを吸収した
後、管路33、四方弁37、管路24を経由して低温熱
交換器8に環流する。
At this time, the liquid refrigerant which has released the heat energy in the low temperature heat exchanger 8 is the pipe 21, the four-way valve 36 and the pipe 32.
To the outdoor heat exchanger 301, where after the heat energy of the outside air is absorbed by the air blown from the outdoor fan 303, it is circulated to the low temperature heat exchanger 8 via the pipe 33, the four-way valve 37 and the pipe 24.

【0023】熱交換器の実施形態 以下、中温熱交換器5,6および低温熱交換器8の実施
形態を説明するが、両熱交換器5,6,8はその構成が
実質的に同一であるため、具体的説明は中温熱交換器
(以下、単に熱交換器と記す)5に対してのみ行う。
Embodiments of Heat Exchanger Embodiments of the medium temperature heat exchangers 5 and 6 and the low temperature heat exchanger 8 will be described below. Both heat exchangers 5, 6 and 8 have substantially the same configuration. Therefore, a specific description will be given only to the medium-temperature heat exchanger (hereinafter, simply referred to as a heat exchanger) 5.

【0024】図3には本発明に係る熱交換器5の第1実
施形態を斜視により示し、図4にはその縦断面を示して
ある。
FIG. 3 shows a perspective view of a first embodiment of the heat exchanger 5 according to the present invention, and FIG. 4 shows a longitudinal section thereof.

【0025】これらの図に示したように、熱交換器5
は、高温側ピストン2(あるいは、低温側ピストン3)
が往復動する筒穴40を中央に有した円筒形状をなして
いる。熱交換器5の熱交換器本体41は、円筒形状のア
ウタスリーブ42およびインナスリーブ43と、円環形
状の上下管板44,45とから構成されており、これら
がロウ付けにより接合されている。アウタスリーブ42
の上下方向中央部には180°間隔で冷媒流入口46と
冷媒流出口47とが形成されており、冷媒流入口46か
ら熱交換器本体41内に流入した液冷媒が冷媒流出口4
7から流出する。また、上下管板44,45には多数個
(本実施形態では、各52個)のチューブ支持孔48,
49が同位置に穿孔されており、これらチューブ支持孔
48,49に図5に示す比較的大径のガスチューブ50
が支持されている。
As shown in these figures, the heat exchanger 5
Is the high temperature side piston 2 (or the low temperature side piston 3)
Has a cylindrical shape having a cylindrical hole 40 that reciprocates in the center. The heat exchanger body 41 of the heat exchanger 5 includes a cylindrical outer sleeve 42 and inner sleeve 43, and annular upper and lower tube plates 44 and 45, which are joined by brazing. . Outer sleeve 42
A refrigerant inflow port 46 and a refrigerant outflow port 47 are formed at 180 ° intervals in the vertical central part of the liquid refrigerant flowing from the refrigerant inflow port 46 into the heat exchanger body 41.
Outflow from 7. Further, in the upper and lower tube plates 44 and 45, a large number (52 in the present embodiment) of tube support holes 48,
49 is bored at the same position, and a gas tube 50 having a relatively large diameter shown in FIG.
Is supported.

【0026】ガスチューブ50は銅製のパイプを素材と
しており、上下管板44,45への挿入部51,52を
除く中間部53が縮径されている。また、ガスチューブ
50の中間部53は、その内壁面53aについては平滑
に仕上げられているが、外壁面53bには図6(図5中
のA部拡大図)に示すように円環状のアウタフィン54
が多数形成されている。尚、本実施形態の場合、これら
アウタフィン54は中間部53の縮径と同時に転造によ
り形成されているが、切削加工や別部品を圧入する等の
方法により形成してもよい。
The gas tube 50 is made of a copper pipe, and the diameter of the intermediate portion 53 excluding the insertion portions 51 and 52 into the upper and lower tube plates 44 and 45 is reduced. The inner wall surface 53a of the middle portion 53 of the gas tube 50 is finished to be smooth, but the outer wall surface 53b has an annular outer fin as shown in FIG. 6 (enlarged view of portion A in FIG. 5). 54
Are formed in large numbers. In the present embodiment, the outer fins 54 are formed by rolling at the same time as the diameter reduction of the intermediate portion 53, but they may be formed by a method such as cutting or press-fitting another component.

【0027】第1実施形態の場合、ガスチューブ50の
中間部53には、インナフィン55が圧入されている。
インナフィン55は、アルミ合金や銅等の押出し成型品
であり、図7(図5中のB−B拡大断面図)に示したよ
うに、6枚のフィン部56が中心から等角度で放射状に
配置されたアウタリスク(*)形状となっており、これ
によりガスチューブ50の管路が6等分されている。ま
た、各フィン部56の両側面には、それぞれ3対のサブ
フィン57が突設されている。
In the case of the first embodiment, the inner fins 55 are press-fitted into the intermediate portion 53 of the gas tube 50.
The inner fin 55 is an extrusion-molded product of aluminum alloy, copper, or the like, and as shown in FIG. 7 (BB enlarged cross-sectional view in FIG. 5), the six fin portions 56 are radially arranged at equal angles from the center. It is arranged in an outer risk (*) shape, whereby the pipeline of the gas tube 50 is divided into six equal parts. Further, three pairs of sub fins 57 are provided on both side surfaces of each fin portion 56 so as to project therefrom.

【0028】本実施形態の熱交換器5では、熱ガス機関
1の運転が開始されると、ガスチューブ50内の作動ガ
スが、中間部53の内壁面53aだけではなく、インナ
フィン55のフィン部56とサブフィン57とにも接触
しながら流動する。また、熱交換器本体41内の液冷媒
も、中間部53の外壁面53bだけではなく、アウタフ
ィン54にも接触しながらガスチューブ50の外周を流
動する。これにより、本実施形態の熱交換器5では、ガ
スチューブ50の本数が少ないにも拘わらず、作動ガス
と外部熱冷媒との間に広い伝熱面積が確保され、従来装
置と同等以上の熱交換効率を実現することができた。
In the heat exchanger 5 of this embodiment, when the operation of the hot gas engine 1 is started, the working gas in the gas tube 50 is not limited to the inner wall surface 53a of the intermediate portion 53 but also the fin portion of the inner fin 55. It also flows while contacting 56 and the sub fin 57. Further, the liquid refrigerant in the heat exchanger body 41 flows not only on the outer wall surface 53b of the intermediate portion 53 but also on the outer fin 54 while contacting the outer fin 54. As a result, in the heat exchanger 5 of the present embodiment, a large heat transfer area is ensured between the working gas and the external heat refrigerant, even though the number of gas tubes 50 is small, and the heat is equal to or higher than that of the conventional device. The exchange efficiency could be realized.

【0029】図8〜図10には、本発明の第2〜第4実
施形態に係るガスチューブの横断面を示してある。第
2,第3実施形態は、第1実施形態と同様に、ガスチュ
ーブ50にインナフィン55を圧入したものである。第
2実施形態におけるインナフィン55は、比較的薄肉の
銅パイプを素材としたもので、プレス加工等によってク
ローバ形状に成形されている。また、第3実施形態にお
けるインナフィン55は、第1実施形態と同様にアルミ
合金や銅等の押出し成型品であり、ガスチューブ50の
管路を4等分する十字形状となっている。一方、第4実
施形態におけるインナフィン55は、ガスチューブ50
の内壁面53aに直接加工されたもので、いわゆる内部
溝付管の内周面に形成された螺旋状の溝と同様のもので
ある。尚、第2〜第4実施形態においても、ガスチュー
ブ50の中間部53の外壁面53bには円環状のアウタ
フィン54が多数形成されている。
8 to 10 show cross sections of gas tubes according to second to fourth embodiments of the present invention. In the second and third embodiments, the inner fins 55 are press-fitted into the gas tube 50 as in the first embodiment. The inner fin 55 in the second embodiment is made of a relatively thin copper pipe, and is formed into a clover shape by press working or the like. In addition, the inner fin 55 in the third embodiment is an extruded product of aluminum alloy, copper or the like as in the first embodiment, and has a cross shape that divides the pipeline of the gas tube 50 into four equal parts. On the other hand, the inner fin 55 in the fourth embodiment is the gas tube 50.
Is directly machined on the inner wall surface 53a, and is similar to the spiral groove formed on the inner peripheral surface of a so-called internal grooved tube. In addition, also in the second to fourth embodiments, a large number of annular outer fins 54 are formed on the outer wall surface 53b of the intermediate portion 53 of the gas tube 50.

【0030】第2〜第4実施形態も、その作用は第1実
施形態と略同様である。すなわち、インナフィン55と
アウタフィン54とにより作動ガスと外部熱冷媒との間
に広い伝熱面積が確保され、ガスチューブ50の本数が
少ないにも拘わらず、従来装置と同等以上の熱交換効率
を実現することができた。
The operation of the second to fourth embodiments is substantially the same as that of the first embodiment. That is, the inner fins 55 and the outer fins 54 ensure a large heat transfer area between the working gas and the external heat refrigerant, and realize the heat exchange efficiency equal to or higher than that of the conventional device despite the small number of the gas tubes 50. We were able to.

【0031】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、第1〜第3実施形態ではガスチューブにインナ
フィンを圧入するようにしたが、ロウ付けや拡散接合等
により一体化させるようにしてもよい。また、インナフ
ィンの断面形状や全体形状(例えば、スパイラル形状に
する)の他、ガスチューブの本数や外径等についても、
製造の容易さや要求される熱交換効率に応じて適宜変更
可能である。また、ガスチューブの素材として、ステン
レス鋼やアルミ合金等を用いてもよいし、インナフィン
やアウタフィンの素材として、銅やステンレス鋼等を用
いるようにしてもよい。更に、本発明の熱交換器は、ス
ターリングエンジン等、ヴェルミエサイクル以外の外燃
式熱ガス機関にも適用可能である。
The description of the specific embodiment has been completed.
The present invention is not limited to the embodiments described above.
For example, in the first to third embodiments, the inner fins are press-fitted into the gas tube, but they may be integrated by brazing, diffusion bonding, or the like. In addition to the cross-sectional shape and overall shape of the inner fin (for example, spiral shape), the number of gas tubes and the outer diameter, etc.
It can be appropriately changed depending on the ease of manufacture and the required heat exchange efficiency. Further, stainless steel, aluminum alloy or the like may be used as the material of the gas tube, and copper or stainless steel or the like may be used as the material of the inner fin or the outer fin. Further, the heat exchanger of the present invention is applicable to an external combustion type hot gas engine other than the Vermier cycle, such as a Stirling engine.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の熱交換器に
よれば、筒状の熱交換器本体内に配置されるガスチュー
ブの内壁面に作動ガスの流れ方向に略沿うようにインナ
フィンを形成するようにしたため、高い熱交換効率を確
保しながらガスチューブの本数を削減することができ、
製造の容易化や製造コストの低減等を実現できる。
As described above, according to the heat exchanger of the present invention, the inner fins are arranged on the inner wall surface of the gas tube arranged in the tubular heat exchanger body so as to be substantially along the flow direction of the working gas. Since it is formed, it is possible to reduce the number of gas tubes while ensuring high heat exchange efficiency,
It is possible to realize simplification of manufacturing and reduction of manufacturing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ヒートポンプ式空気調和機の構成を示す回路図
である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a heat pump type air conditioner.

【図2】熱ガス機関の構造を示す断面斜視図である。FIG. 2 is a sectional perspective view showing a structure of a hot gas engine.

【図3】熱交換器の実施形態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the heat exchanger.

【図4】熱交換器の実施形態を示す縦面図である。FIG. 4 is a vertical view showing an embodiment of a heat exchanger.

【図5】第1実施形態に係るガスチューブの半裁断面図
である。
FIG. 5 is a half-cut sectional view of the gas tube according to the first embodiment.

【図6】図5中のA部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of part A in FIG.

【図7】図5中のB−B断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 5;

【図8】第2実施形態に係るガスチューブの横断面図で
ある。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a gas tube according to a second embodiment.

【図9】第3実施形態に係るガスチューブの横断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a gas tube according to a third embodiment.

【図10】第2実施形態に係るガスチューブの横断面図
である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the gas tube according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱ガス機関 5,6 中温熱交換器 8 低温熱交換器 40 筒穴 41 熱交換器本体 42 アウタスリーブ 43 インナスリーブ 44,45 管板 50 ガスチューブ 53 中間部 53a 内壁面 53b 外壁面 54 アウタフィン 55 インナフィン 56 フィン部 57 サブフィン 1 Hot Gas Engine 5, 6 Medium Temperature Heat Exchanger 8 Low Temperature Heat Exchanger 40 Tube Hole 41 Heat Exchanger Main Body 42 Outer Sleeve 43 Inner Sleeve 44, 45 Tube Plate 50 Gas Tube 53 Middle Section 53a Inner Wall Surface 53b Outer Wall Surface 54 Outer Fin 55 Inner fin 56 Fin part 57 Sub fin

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外燃式熱ガス機関のピストンの外周に設
けられると共に、作動ガス回路と外部熱媒体回路との間
に介装される熱交換器であって、外部熱媒体が流通する
筒状の熱交換器本体と、当該熱交換器本体内に配設され
て作動ガスの流通に供されるガスチューブと、このガス
チューブの内壁面に前記作動ガスの流れ方向に略沿うよ
うに形成されたインナフィンとを備えたことを特徴とす
る外燃式熱ガス機関の熱交換器。
1. A heat exchanger, which is provided on the outer circumference of a piston of an external combustion type hot gas engine and is interposed between a working gas circuit and an external heat medium circuit, in which the external heat medium flows. -Shaped heat exchanger main body, a gas tube provided in the heat exchanger main body for supplying working gas, and formed on the inner wall surface of the gas tube so as to be substantially along the flow direction of the working gas. And a heat exchanger for an external combustion type hot gas engine.
【請求項2】 外燃式熱ガス機関のピストンの外周に設
けられると共に、作動ガス回路と外部熱媒体回路との間
に介装される熱交換器であって、外部熱媒体が流通する
筒状の熱交換器本体と、当該熱交換器本体内に配設され
て作動ガスの流通に供されるガスチューブと、このガス
チューブの内壁面に前記作動ガスの流れ方向に略沿うよ
うに形成されたインナフィンと、当該インナフィンの表
面に形成されたサブフィンとを備えたことを特徴とする
外燃式熱ガス機関の熱交換器。
2. A heat exchanger, which is provided on the outer circumference of a piston of an external combustion heat gas engine and is interposed between a working gas circuit and an external heat medium circuit, in which the external heat medium flows. -Shaped heat exchanger main body, a gas tube provided in the heat exchanger main body for supplying working gas, and formed on the inner wall surface of the gas tube so as to be substantially along the flow direction of the working gas. And a sub-fin formed on the surface of the inner fin, the heat exchanger for an external combustion type hot gas engine.
【請求項3】 外燃式熱ガス機関のピストンの外周に設
けられると共に、作動ガス回路と外部熱媒体回路との間
に介装される熱交換器であって、外部熱媒体が流通する
筒状の熱交換器本体と、当該熱交換器本体内に配設され
て作動ガスの流通に供されるガスチューブと、このガス
チューブの内壁面に前記作動ガスの流れ方向に略沿うよ
うに形成されたインナフィンと、当該ガスチューブの外
壁面に前記外部熱媒体の流れ方向に略沿うように形成さ
れたアウタフィンとを備えたことを特徴とする外燃式熱
ガス機関の熱交換器。
3. A heat exchanger which is provided on the outer circumference of a piston of an external combustion type hot gas engine and is interposed between a working gas circuit and an external heat medium circuit, in which the external heat medium flows. -Shaped heat exchanger main body, a gas tube provided in the heat exchanger main body for supplying working gas, and formed on the inner wall surface of the gas tube so as to be substantially along the flow direction of the working gas. A heat exchanger of an external combustion type hot gas engine, comprising: the inner fin and an outer fin formed on an outer wall surface of the gas tube so as to substantially follow a flow direction of the external heat medium.
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