JPH10227255A - スターリングエンジン用再生熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生熱交換器の目詰まりおよび表面の汚れを
防止して、作動ガスの流動損失の増大を防止するととも
に、積層した積層金網の表面が汚れることによって伝熱
性能の低下によるエンジンの性能の低下を防止するこ
と。 【解決手段】 作動流体を加熱する加熱器２と、加熱さ
れた作動流体によって機械的仕事をさせるピストン３
と、仕事をした作動流体を冷却する冷却器１とから成る
スターリングエンジンにおいて、前記冷却器１と前記加
熱器２との間に形成された再生熱交換器４の冷却器側端
部に第１のフィルター５１を配設するとともに、前記再
生熱交換器４の前記加熱器側端部に第２のフィルター５
２を配設したスターリングエンジン用再生熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動流体を加熱す
る加熱器と、加熱された作動流体によって機械的仕事を
させるピストンと、仕事をした作動流体を冷却する冷却
器とから成るスターリングエンジンにおいて、前記冷却
器と前記加熱器との間に形成された再生熱交換器の少な
くとも冷却器側端部に第１のフィルターを配設したスタ
ーリングエンジン用再生熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスターリングエンジン用再生熱交
換器は、図５に示されるように作動流体を加熱する加熱
器と、加熱された作動流体によって機械的仕事をさせる
ピストンと、仕事をした作動流体を冷却する冷却器とか
ら成るスターリングエンジンにおいて、前記冷却器と前
記加熱器との間に金属金網を積層した積層金網カートリ
ッジを配置して、スターリングエンジンの熱効率を向上
するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスターリン
グエンジン用再生熱交換器は、再生熱交換器の軸方向両
端部分に、前記ピストンに配設されたピストンリングの
摩耗粉や作動ガス中に含まれているオイルが詰まり、前
記作動ガスの流動損失が増大するとともに、積層した積
層金網の表面が汚れるため伝熱性能も低下して、エンジ
ンの性能低下を招くという問題があった。

【０００４】また前記積層金網カートリッジは、金属金
網を多数積層するものであるため、高価であり、メンテ
ナンス毎に容易に交換することが出来ないという問題が
あった。

【０００５】そこで本発明者らは、作動流体を加熱する
加熱器と、加熱された作動流体によって機械的仕事をさ
せるピストンと、仕事をした作動流体を冷却する冷却器
とから成るスターリングエンジンにおいて、前記冷却器
と前記加熱器との間に形成された再生熱交換器の軸方向
端部にフィルターを配設して、ピストンリングの摩耗粉
や作動ガス中に含まれているオイルを捕捉するという本
発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結
果、前記再生熱交換器の目詰まりおよび表面の汚れを防
止して、前記作動ガスの流動損失の増大を防止するとと
もに、積層した積層金網の表面が汚れることによって伝
熱性能の低下によるエンジンの性能の低下を防止すると
いう目的を達成する本発明に到達した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
された第１発明）のスターリングエンジン用再生熱交換
器は、作動流体を加熱する加熱器と、加熱された作動流
体によって機械的仕事をさせるピストンと、仕事をした
作動流体を冷却する冷却器とから成るスターリングエン
ジンにおいて、前記冷却器と前記加熱器との間に形成さ
れた再生熱交換器の少なくとも冷却器側端部に第１のフ
ィルターを配設したものである。

【０００７】本発明（請求項２に記載された第２発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第１発
明において、前記再生熱交換器の前記加熱器側端部に第
２のフィルターを配設したものである。

【０００８】本発明（請求項３に記載された第３発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第２発
明において、前記第１および第２のフィルターが、金属
細線を圧縮成形した圧縮成形フィルターによって構成さ
れているものである。

【０００９】本発明（請求項４に記載された第４発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第３発
明において、前記再生熱交換器が、金属細線を編んだ金
網が積層された積層金網カートリッジによって構成され
ているものである。

【００１０】本発明（請求項５に記載された第５発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第４発
明において、前記圧縮成形フィルターを構成する前記金
属細線の線径が、前記積層金網を構成する前記金属細線
の線径にほぼ等しいものである。

【００１１】本発明（請求項６に記載された第６発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第４発
明において、前記圧縮成形フィルターの充填率が、前記
積層金網カートリッジの充填率にほぼ等しいものであ
る。

【００１２】本発明（請求項７に記載された第７発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第６発
明において、前記圧縮成形フィルターの充填率が、６０
〜８０％に設定されているものである。

【００１３】本発明（請求項８に記載された第８発明）
のスターリングエンジン用再生熱交換器は、前記第４発
明において、前記圧縮成形フィルターが、前記再生熱交
換器の前記両端部に交換可能に挿置されているものであ
る。

【００１４】

【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
スターリングエンジン用再生熱交換器は、作動流体を加
熱する加熱器と加熱された作動流体によって前記ピスト
ンにより機械的仕事ををした作動流体を冷却する冷却器
との間に形成された前記再生熱交換器の少なくとも冷却
器側端部に配設された前記第１のフィルターが、前記冷
却器によって冷却された作動流体中に含まれているピス
トンリングの摩耗粉やオイルを捕捉するので、前記再生
熱交換器の目詰まりおよび表面の汚れを防止して、前記
作動ガスの流動損失の増大を防止するとともに、積層し
た積層金網の表面が汚れることによって伝熱性能の低下
によるエンジンの性能の低下を防止するという効果を奏
する。

【００１５】上記構成より成る第２発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第１発明において、前
記再生熱交換器の前記加熱器側端部に配設されている前
記第２のフィルターが、前記加熱器によって加熱された
作動流体中に含まれているピストンリングの摩耗粉やオ
イルを捕捉するので、前記再生熱交換器の目詰まりおよ
び表面の汚れを有効に防止して、前記作動ガスの流動損
失の増大を防止するとともに、積層した積層金網の表面
が汚れることによって伝熱性能の低下によるエンジンの
性能の低下を防止するという効果を奏する。

【００１６】上記構成より成る第３発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第２発明において、前
記第１および第２のフィルターが、金属細線を圧縮成形
した圧縮成形フィルターによって構成されているので、
フィルター効率が高いという効果を奏する。

【００１７】上記構成より成る第４発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第３発明において、前
記再生熱交換器が、金属細線を編んだ金網が積層された
積層金網カートリッジによって構成されているので、再
生熱交換器を構成する積層金網と金属細線を圧縮成形し
た前記圧縮成形フィルターとが同様の構成であるため、
圧縮成形フィルターを配設したことによる圧力損失の増
加を抑制するという効果を奏する。

【００１８】上記構成より成る第５発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第４発明において、前
記圧縮成形フィルターを構成する前記金属細線の線径
が、前記積層金網を構成する前記金属細線の線径にほぼ
等しいので、両者における前記作動ガスの流動抵抗およ
び流動損失を等しくすることが出来るという効果を奏す
る。

【００１９】上記構成より成る第６発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第４発明において、前
記圧縮成形フィルターの充填率が、前記積層金網カート
リッジの充填率にほぼ等しいので、両者における前記作
動ガスの流動抵抗および流動損失を等しくするという効
果を奏する。

【００２０】上記構成より成る第７発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第６発明において、前
記圧縮成形フィルターの充填率が、６０〜８０％に設定
されているので、最適なフィルター効率を実現するとい
う効果を奏する。

【００２１】上記構成より成る第８発明のスターリング
エンジン用再生熱交換器は、前記第４発明において、前
記圧縮成形フィルターが、前記再生熱交換器の前記両端
部に交換可能に挿置されているので、前記圧縮成形フィ
ルターのみの交換を可能にして、長期間にわたりエンジ
ン性能を維持することが出来るという効果を奏する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下図面に基づいて説明する。

【００２３】（第１実施形態）第１実施形態のスターリ
ングエンジン用再生熱交換器は、図１ないし図３に示さ
れるように作動流体を加熱する加熱器２と、加熱された
作動流体によって機械的仕事をさせるピストン３と、仕
事をした作動流体を冷却する冷却器１とから成るスター
リングエンジンにおいて、前記冷却器１と前記加熱器２
との間に形成された再生熱交換器４の冷却器側端部に第
１のフィルター５１を配設するとともに、前記再生熱交
換器４の前記加熱器側端部に第２のフィルター５２を配
設したものである。

【００２４】本第１実施形態のスターリングエンジン用
加熱器が適用されるスターリングエンジン１００は、図
３に示されるようにヘリウム、水素等の封入された作動
流体を天然ガスや灯油等の燃焼ガスによって加熱する加
熱器２と、加熱された作動流体によって機械的仕事をさ
せるピストン３と、仕事をした作動流体（ガス）を冷却
水によって冷却する冷却器１とから成り、前記作動流体
を加熱および冷却する間に動力を取り出す外燃機関であ
る。

【００２５】再生器としての前記再生熱交換器４は、図
１および図３に示されるように前記冷却器１と前記加熱
器２との間に形成され、金属細線を編んだ円形の金網４
１が金属製の中空円筒体内に軸方向に多数積層された積
層金網カートリッジ４０によって構成され、円筒状のキ
ャビティ４２内に挿置されているものである。

【００２６】前記第１および第２のフィルター５１、５
２は、図２に示されるように金属細線を圧縮成形した円
盤状の圧縮成形フィルターによって構成されているもの
である。

【００２７】すなわち、ステンレス線のような金属細線
を用いて編機によって筒状に編み、平らに成形した後、
Ｖ突起が外周壁に形成された一対のローラによって挟み
込んでＶ字状に波付けする。

【００２８】Ｖ字状に波付けされた前記帯状の金属細線
を円筒状に多数巻装して、型内に載置して軸方向に圧縮
成形して、円盤状のメッシュフィルターを得る。

【００２９】前記圧縮成形フィルター５１、５２を構成
する前記金属細線としてのステンレス線の線径は、前記
積層金網カートリッジ４０の前記積層金網を構成する前
記ステンレス細線の線径と同一径に設定されている。

【００３０】前記圧縮成形フィルターの充填率が、前記
積層金網カートリッジの充填率にほぼ等しく、具体的に
は前記圧縮成形フィルターの充填率が、６０〜８０％に
設定されている。

【００３１】前記圧縮成形フィルター５１、５２は、図
１および図３に示されるように前記再生熱交換器４の軸
方向の両端部と前記円筒状のキャビティ４２の両端部と
の間に交換可能に挿置されているものである。

【００３２】上記構成より成る第１実施形態のスターリ
ングエンジン用再生熱交換器は、作動流体を加熱する前
記加熱器２と加熱された作動流体によって前記ピストン
３により機械的仕事をした作動流体を冷却する前記冷却
器１との間に形成された前記再生熱交換器４の前記冷却
器側端部に配設された前記第１のフィルター５１が、前
記冷却器１によって冷却された作動流体中に含まれてい
るピストンリングの摩耗粉やオイルを捕捉する。

【００３３】前記再生熱交換器４の前記加熱器２側端部
に配設されている前記第２のフィルター５２が、前記加
熱器２によって加熱された作動流体中に含まれているピ
ストンリングの摩耗粉やオイルを捕捉する。

【００３４】上記作用を奏する第１実施形態のスターリ
ングエンジン用再生熱交換器は、前記再生熱交換器４の
前記冷却器側端部に配設された前記第１のフィルター５
１が、前記冷却器１によって冷却された作動流体中に含
まれているピストンリングの摩耗粉やオイルを捕捉する
ので、前記再生熱交換器４の目詰まりおよび表面の汚れ
を防止して、前記作動ガスの流動損失の増大を防止する
とともに、積層した積層金網の表面が汚れることによっ
て伝熱性能の低下によるスターリングエンジンの性能の
低下を防止するという効果を奏する。

【００３５】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記再生熱交換器４の前記加熱器側
端部に配設されている前記第２のフィルター５２が、前
記加熱器２によって加熱された作動流体中に含まれてい
るピストンリングの摩耗粉やオイルを捕捉するので、前
記再生熱交換器の目詰まりおよび表面の汚れを有効に防
止して、前記作動ガスの流動損失の増大を防止するとと
もに、積層した積層金網の表面が汚れることによって伝
熱性能の低下によるスターリングエンジンの性能の低下
を防止するという効果を奏する。

【００３６】なお本発明者らは、本第１実施形態におけ
る前記圧縮成形フィルター５１、５２の効果を確認する
ために、スターリングエンジンの耐久運転の前後におい
て、前記積層金網カートリッジ４０および前記圧縮成形
フィルター５１、５２の各部の重量変化の計測を行っ
た。

【００３７】図４から明らかなように、前記積層金網カ
ートリッジ４０の両端に配設した前記圧縮成形フィルタ
ー５１、５２だけが重量が増加しており、このことから
前記積層金網カートリッジ４０の両端に配設した前記圧
縮成形フィルター５１、５２が、ピストンリングの摩耗
粉やオイルを捕捉し、フィルターとして有効に機能して
いることが明らかである。さらに前記積層金網カートリ
ッジ４０の目詰まりや表面の汚れが防止されていること
が明らかである。

【００３８】したがって、伝熱性能に優れ高価な前記積
層金網カートリッジ４０はそのままで、メンテナンスの
際に安価な前記圧縮成形フィルター５１、５２のみを交
換することで、長期に亘りスターリングエンジンの性能
を維持することが出来るものである。

【００３９】さらに第１実施形態のスターリングエンジ
ン用再生熱交換器は、前記第１および第２のフィルター
５１、５２が、金属細線を圧縮成形した圧縮成形フィル
ターによって構成されているので、フィルター効率が高
いとともに、死容積の増加を最小限に抑えることが出来
るという効果を奏する。

【００４０】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記再生熱交換器４が、金属細線を
編んだ金網が積層された積層金網カートリッジ４０によ
って構成されているので、前記再生熱交換器４を構成す
る積層金網と金属細線を圧縮成形した前記圧縮成形フィ
ルター５１、５２とが同様の構成であるため、圧縮成形
フィルターを配設したことによる圧力損失の増加を抑制
するという効果を奏する。

【００４１】さらに第１実施形態のスターリングエンジ
ン用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５
２を構成する前記金属細線の線径が、前記積層金網カー
トリッジ４０の前記積層金網を構成する前記金属細線の
線径に等しいので、両者を同一線材によって構成するこ
とが出来るという効果を奏する。

【００４２】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５２
の充填率が、前記積層金網カートリッジ４０の充填率に
ほぼ等しいので、両者における前記作動ガスの流動抵抗
および流動損失を等しくするという効果を奏する。

【００４３】さらに第１実施形態のスターリングエンジ
ン用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５
２の充填率が、６０〜８０％に設定されているので、最
適なフィルター効率を実現するという効果を奏する。

【００４４】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５２
が、前記再生熱交換器４の前記両端部に交換可能に挿置
されているので、前記圧縮成形フィルター５１、５２の
みの交換を可能にして、長期間にわたりエンジン性能を
維持することが出来るという効果を奏する。

【００４５】さらに第１実施形態のスターリングエンジ
ン用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５
２を構成する前記金属細線と、前記積層金網カートリッ
ジ４０の前記積層金網を構成する前記金属細線とがとも
にステンレス細線を用い、しかも線径および充填率も等
しいので、前記圧縮成形フィルター５１、５２がフィル
ターとしての機能以外に再生熱交換器としての機能も果
たすという効果を奏する。

【００４６】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５２
を、市販されている所謂メッシュばねの仕様を変えるこ
とにより利用することが出来るため、安価に製作を行う
ことが出来るとともに、定期的なメンテナンスにおける
フィルタの交換を可能にするという効果を奏する。

【００４７】さらに第１実施形態のスターリングエンジ
ン用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５
２を構成する前記金属細線の圧縮率、線径を容易に変更
することが出来るため、微細な摩耗粉やオイルのミスト
を有効に取り除くように調整することが可能であるとと
もに、またフィルターの流動損失を自在に調整すること
が出来るという効果を奏する。

【００４８】また第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器は、前記圧縮成形フィルター５１、５２
をＶ字状に波付けした金属細線を圧縮成形して構成する
ので、適度な弾性を有するため、前記積層金網カートリ
ッジ４０を弾性的に支持するという効果を奏する。

【００４９】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００５０】上記第１実施形態においては、一例として
編まれた金属金網を、Ｖ突起が外周壁に形成された一対
のローラによって挟み込んでＶ字状に波付けする例につ
いて説明したが、本発明としてはそれらに限定されるも
のでは無く、凹凸を付与し得るものであれば良く、例え
ば充填率、弾性、その他の要求に応じて正弦波状、台形
状その他に波付けする態様を採用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のスターリングエンジン
用再生熱交換器を示す部分断面図である。

【図２】本第１実施形態の圧縮成形フィルターを示す斜
視図である。

【図３】本第１実施形態の圧縮成形フィルターが適用さ
れたスターリングエンジンを示す断面図である。

【図４】本第１実施形態における再生熱交換器および圧
縮成形フィルターの各部を示す断面図、および該各部の
重量変化割合を示す線図である。

【図５】従来のスターリングエンジンを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 冷却器 ２ 加熱器 ３ ピストン ４ 再生熱交換器 ５１、５２ 圧縮成形フィルター

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体を加熱する加熱器と、加熱され
   た作動流体によって機械的仕事をさせるピストンと、仕
   事をした作動流体を冷却する冷却器とから成るスターリ
   ングエンジンにおいて、 前記冷却器と前記加熱器との間に形成された再生熱交換
   器の少なくとも冷却器側端部に第１のフィルターを配設
   したことを特徴とするスターリングエンジン用再生熱交
   換器。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記再生熱交換器の前記加熱器側端部に第２のフィルタ
   ーを配設したことを特徴とするスターリングエンジン用
   再生熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記第１および第２のフィルターが、金属細線を圧縮成
   形した圧縮成形フィルターによって構成されていること
   を特徴とするスターリングエンジン用再生熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記再生熱交換器が、金属細線を編んだ金網が積層され
   た積層金網カートリッジによって構成されていることを
   特徴とするスターリングエンジン用再生熱交換器。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記圧縮成形フィルターを構成する前記金属細線の線径
   が、前記積層金網を構成する前記金属細線の線径にほぼ
   等しいことを特徴とするスターリングエンジン用再生熱
   交換器。
6. 【請求項６】 請求項４において、 前記圧縮成形フィルターの充填率が、前記積層金網カー
   トリッジの充填率にほぼ等しいことを特徴とするスター
   リングエンジン用再生熱交換器。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記圧縮成形フィルターの充填率が、６０〜８０％に設
   定されていることを特徴とするスターリングエンジン用
   再生熱交換器。
8. 【請求項８】 請求項４において、 前記圧縮成形フィルターが、前記再生熱交換器の前記両
   端部に交換可能に挿置されていることを特徴とするスタ
   ーリングエンジン用再生熱交換器。