JPS5914617B2 - 直列複動型熱ガス機関のヒ−タヘツド - Google Patents

直列複動型熱ガス機関のヒ−タヘツド

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JPS5914617B2
JPS5914617B2 JP8771980A JP8771980A JPS5914617B2 JP S5914617 B2 JPS5914617 B2 JP S5914617B2 JP 8771980 A JP8771980 A JP 8771980A JP 8771980 A JP8771980 A JP 8771980A JP S5914617 B2 JPS5914617 B2 JP S5914617B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、直列複動型熱ガス機関のヒータヘッドに関
する。
熱ガス機関は、機関内にH2、He 、H2等のガスを
高圧で封入し、これを外部から加熱・冷却することによ
ってガスの膨張・圧縮を繰返して動力を発生する密閉サ
イクルの外燃機関である。
ところで、この熱ガス機関を複動多気筒化した場合には
、その作動原理から必然的に4気筒となる。
第1図は複動型4気筒熱ガス機関の作動空間部分の説明
図であり、各気筒(以下「シリンダ」という)を左側か
ら順次第1、第2、第3、第4シリンダ1.2,3,4
、各ピストンを第1、第2、第3、第4ピストン5,6
,7,8、各高温膨張空間を第1、第2、第3、第4高
温膨張空間9゜10.11,12、各低温圧縮空間を第
1、第2、第3、第4低温圧縮空間13,14,15,
16とし、さらに、第1、第2シリンダ1,2、第2、
第3シリンダ2,3、第3.第4シリンダ3,4゜第4
、第1シリンダ4,1の間に挿入された各ヒータを第1
、第2、第3、第4ヒータ17 、1 B。
19.20、各再生器・クーラ組付体である再生器・ク
ーラ部を第1、第2、第3、第4再生器・クーラ部21
.22,23,24、第1、第2、第3、第4シリンダ
1,2,3.4の各高温部側に接続されるダクトを第1
、第2、第3、第4高温ダクト25,26,27,2B
、低温部側に接続されるダクトを第1、第2、第3、第
4低温ダクト29,30,31.32とする。
この熱ガス機関の特徴は各ピストン上部の高温膨張空間
を、それぞれヒータ及び再生器・クーラ部を介して隣接
したシリンダのピストン下部の低温圧縮空間に接続して
いることである。
例えば、第1シリンダ1の第1高温膨張空間9を、第1
ヒータ17及び第2再生器・クーラ部22を介して第2
シリンダ2の低温圧縮空間14に接続している。
この場合、4気筒機関であるので、各ピストンの作動順
序は第1、第2、第3、第4シリンダ1゜2.3.4の
順で、その位相は順次クランク角で90°づつ後れるこ
とになる。
このような複動型熱ガス機関は、各ピストン上下の空間
がそれぞれ作動空間になるので、単動型熱ガス機関ある
いはディスプレーサ型熱ガス機関よりも比出力が大きく
なり(単動型の2倍の出力\特に自動車用エンジンのよ
うなエンジンサイズを問題とする場合に適している。
この複動型熱ガス機関を直列型とし、各ピストンの作動
を通常のエンジンと同様に第1、第3、第4、第2ピス
トンの順とすると共に、第2図A〜Cにその基本的な熱
交換器接続状況を示すように、第1、第3シリンダ1,
3の低温圧縮空間に接続する再生器・クーラ部と、第2
、第4シリンダ2,4の低温圧縮空間に接続する再生器
・クーラ部とを、シリンダ列(中心線を4で示す)の両
側に分割して等距離に設けることにより、低温部ガス通
路の長さをすべて等しくして構造簡単で振動の少ない高
性能な直列複動型熱ガス機関を本発明者がすでに発明し
た。
この場合のヒータヘッドの具体的な実施例としては第3
,4図に示すようなものがある。
第2図におけるヒータ33〜36を、シリンダ側ダクト
33C〜36C1ヒータチユーブ33H〜36H1及び
再生器側ダク)33R〜36Rによって構成し、ヒータ
チューブ33H〜36Hを複数の並列管よりなる多管式
熱交換器としている。
そして、第1、第3ヒータ33.34を一群として第2
シリンダ2の上部に、第4、第2ヒータ35.36を一
群として第3シリンダ3の上部に配置し、各チューブ群
では、各シリンダ1〜4に連通ずるヒータチューブを交
互に配列して均一な加熱を得る。
すなわち、第3図に示すように、ヒータチューブ33H
,34Hは等長で、1つおきに向きを変えて並べられ、
その内側の端部は、全チューブ数の半数づつをそれぞれ
のシリンダ側ダク)33C。
34Cに接続している。
また、ヒータチューブ35H,36Hについても同様で
ある。
各ヒータチューブ群には1個づつバーナが設けられ、燃
焼ガスはクランク軸に平行に流れる。
しかしながら、このような先に発明した直列複動型熱ガ
ス機関のヒータヘッドにあっては、ヒータチューブ群が
2箇所に分れていたため、バーナも2個必要であるので
、制御系をも含めた構造が複雑化し、高価になると共に
、両ヒータチューブ群が均等に加熱されにくいという問
題があった。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、直列複
動型熱ガ、ス機関において、はぼ円周の%の弧状をなす
ヒータチューブ集合管を4個づつ機関上部に内外2列の
同心環状に配置することにより、ヒータ部分の構造を簡
略化すると共に両ヒータチューブ群が均等に加熱される
ようにして、先に発明した熱ガス機関における問題点を
解決しようとするものである。
以下、添付図面の第5図乃至第16図を参照してこの発
明の詳細な説明するが、第3図及び第4図と同一の部分
には同一の符号を付してその部分の説明を省略する。
第5図及び第6図はこの発明の第1実施例を示し、それ
ぞれが円周のほぼ只の円弧を形成し、全体が内外2列の
同心環状をなすヒータチューブ集合管33M1〜36M
1及び33Mo〜36M0を、その中心が機関中央に一
致するように配置する。
そして、内側の4個の集合管33M1〜36M1のそれ
ぞれの一端を、再生器側ダク)33’R〜36Rに接続
し、外側の4個の集合管33Mo〜36Moの内側と反
対側のそれぞれの一端をシリンダ側ダクト33C〜36
Cに接続し、一対の内側及び外側集合管の間を複数個の
逆U字型ヒータチューブ33H〜36Hで放射状に接続
して第1〜第4ヒータ33〜36を構成する。
なお、すべての再生器側ダクト33R〜36Rを等長と
して可能な限りその長さを短かくすると共に、第2、第
4シリンダ側ダクト34C,36Cは、やや彎曲させて
第3、番1再生器側ダクト35R,33Rとの干渉を回
避する。
したがって、前記第2、第4シリンダ側ダク)34C,
36Cの長さは、直線状をなす第1、第3シリンダ側ダ
ク)33C,35Cの長さと僅かに異っている。
さらに、環状ヒータの中心点上部にバーナノズル37を
配置する。
このような構成によれば、各組の内外集合管33M1〜
36M1.33Mo〜36Moはそれぞれ反対側の端部
で再生器側ダク)33R〜36Rあるいはシリンダ側ダ
ク)33C〜36cに接続されているので、作動ガスが
各ヒータチューブ33H〜36H内を往復する際にその
流れが均一化される。
すなわち、作動ガスがシリンダ側からヒータチューブ3
3H〜36Hに流れる場合はシリンダ側ダクト33C〜
36Cに近いヒータチューブ33H〜36Hに多くのガ
スが流れ、逆に作動ガスが再生器側からヒータチューブ
33H〜36Hに流れる場合は再生器側ダクト33R〜
36Rの接続部に近いヒータチューブ33H〜36Hに
多くのガスが流れることになって、往復でその流れが平
均化される結果となる。
また、各シリンダと各再生器間の高温部ガス通路は、そ
の長さがほぼ等しく、且つ、各シリンダに接続されるヒ
ータチューブが環状に配列されているので、1個のバー
ナによって均一な加熱が可能となる。
なお、上記実施例において、バーナノズル37は環状ヒ
ータの上部でなく、中心点下部に配置してもよい。
次に、第7図及び第8図は前実施例の一部を変更したこ
の発明の第2実施例を示し、シリンダ側ダクト33C〜
36Cを内側集合管33M1〜36M1に、再生器側ダ
クト33R〜36Rを外側集合管33Mo〜36M0に
それぞれ接続したものである。
この場合はダクト同志の干渉がなく、シリンダ側ダクト
33C〜36C同志、再生器側ダクト33R〜36Rの
長さをそれぞれ等しくでき、且つダクト全長が短縮され
る。
第9図、第10図、第10a図と、第11図及び第12
図は、内側と外側の集合管を円周方向にずらしたこの発
明の第3、第4実施例をそれぞれ示し、前者は再生器側
ダクl’33R〜36Rを内側の集合管33M1〜36
M1に接続した場合、後者はシリンダ側ダク)33C〜
36Cを内側の集合管33M1〜36M1に接続した場
合であり、いずれの場合もダクトの長さは等しくなって
いる。
このようにすると、各ヒータチューブを流れるガスの流
速が速くなり、熱伝達効率がよくなる利点がある。
以上、第1〜第4実施例の4通りの構成の中から、実際
のシリンダ径、再生型径、シリンダ間隔、環状ヒータ径
などの値に応じて、高温部ガス通路の長さがすべて等し
く且つ最短となる最適のものを選ぶことができる。
なお、第13、第14、第15、第16図は、それぞれ
、第5、第7、第9、第11図に対応するヒータチュー
ブを除いた平面骨格図を示している。
以上述べたように、この発明によれば、ヒータチューブ
を逆U字型とし、その両端を円周のほぼ%の弧状をなす
2列の集合管に接続して全体を環状の配列とし、それに
よってヒータ側ダクト同志及び再生器側ダクト同志がそ
れぞれほぼ等長になるようにしたので、単一のバーナで
すべてのシリンダに接続されたヒータに均一な加熱がで
き、熱ガス機関を安価に高性能化することが可能となる
しかも、各組の%の円弧状をなす内外集合管を、それぞ
れ反対側の端部でダクトを介してシリンダ(気筒)及び
再生器に接続したので、内外集合管の間に接続された多
数の逆U字型のピータチューブ内を往復する作動ガスの
流れが均一化され、各ヒータチューブの温度も均一化さ
れるので、ヒータの伝熱性能及び耐久性が確保される。
また、内側と外側の集合管を円周方向にずらせることに
より、各ヒータ側ダクト及び再生器側ダクトをそれぞれ
等長で且つ最短になるようにすれば、高温部の死容積が
減少し、作動ガスの往復時の圧力損失が低減するため、
さらに熱ガス機関の性能が向上する優れた効果を奏する
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の4気筒直列複動型熱ガス機関の作動空
間部分を示す模式図である。 第2図A〜Cは、この発明を適用する直列複動型熱ガス
機関の熱交換器接続状況を示す平面模式図である。 第3図及び第4図は、先に発明した4気筒直列複動型熱
ガス機関のヒータヘッドの一部断面にした平面図、及び
正面図である。 第5図及び第6図は、この発明の第1実施例を示すヒー
タヘッドの平面図、及び第5図のA−A′線に沿うヒー
タチューブの断面を含む側面図である。 第7図及び第8図は、この発明の第2実施例を示すヒー
タヘッドの平面図及び第7図のB−B’線に沿うヒータ
チューブの断面を含む側面図である。 第9図、第10図、及び第10a図は、この発明の第3
実施例を示すヒータヘッドの平面図、側面図、及び第9
図のC−C′に沿うヒータチューブの断面図である。 第11図及び第12図は、この発明の第4実施例を示す
ヒータヘッドの平面図及び側面図である。 第13図、第14図、第15図、第16図は、それぞれ
第5図、第7図、第9図、第11図に対応するヒータヘ
ッドの接続状況をヒータチューブを除いて示す平面骨格
図である。 1・・・・・・第1シリンダ、2・・・・・・第2シリ
ンダ、3・・・・・・第3シリンダ、4・・・・・・第
4シリンダ、21・・・・・・第1再生器・クーラ部、
22・・・・・・第2再生器・クーラ部、23・・・・
・・第3再生器・クーラ部、24・・・・・・第4再生
器・クーラ部、25・・・・・・第1高温ダクト、26
・・・・・・第2高温ダクト、27・・・・・・第3高
温ダクト、28・・・・・・第4高温ダクト、29・・
・・・・第1高温ダクト、30・・・・・・第2低温ダ
クト、31・・・・・・第3低温ダクト、32・・・・
・・第4低温ダクト、33・・・・・・第1ヒータ、3
4・・・・・・第3ヒータ、35・・・・・・第4ヒー
タ、36・・・・・・第2ヒータ、33C234C,3
5C,36C・・・・・・シリンダ側ダクト、33H,
34H,35H,36H・・・・・・ヒータチューブ、
33R,34R,35R,36R・・・・・・再生器側
ダクト、33Mi 、 34Mi 、 35Mi 。 36M1・・・・・・ヒータチューブ内側集合管、33
Mo。 34Mo 、35Mo 、36Mo=”ヒータチューブ
外側集合管、37・・・・・・バーナノズル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一方から順次第1、第2、第3、第4気筒を直列に
    配置し、その作動順序が第1、第3、第4、第2気筒の
    順であり、第1及び第3気筒の低温圧縮空間に接続する
    再生器・クーラユニットと第2及び第4気筒の低温圧縮
    空間に接続する再生器・クーラユニットとを気筒列の両
    側に分割して配置した4気筒直列複動型熱ガス機関にお
    いて、はぼ円周のイの弧をなす形状のヒータチューブ集
    合管を4個づつ機関上部に内外2列の同心環状に配置し
    、この2列の集合管を複数個の逆U字型のヒータチュー
    ブで連結し、内側の各集合管の一端と外側の各集合管の
    反対側の一端とを、それぞれダクトによっていずれか一
    方を気筒に接続し、他方を再生器に接続したことを特徴
    とする直列複動型熱ガス機関のヒータヘッド。 2 内側の各集合管と外側の各集合管とを円周方向にず
    らして配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の直列複動型熱ガス機関のヒータヘッド。
JP8771980A 1980-06-09 1980-06-30 直列複動型熱ガス機関のヒ−タヘツド Expired JPS5914617B2 (ja)

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JPH0657122B2 (ja) * 1988-01-20 1994-08-03 株式会社ハチテイ 食品加工時の排出液を利用して天然調味料を製造する方法

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