JPS60243416A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS60243416A
JPS60243416A JP9903584A JP9903584A JPS60243416A JP S60243416 A JPS60243416 A JP S60243416A JP 9903584 A JP9903584 A JP 9903584A JP 9903584 A JP9903584 A JP 9903584A JP S60243416 A JPS60243416 A JP S60243416A
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combustion
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JP9903584A
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Shigeo Suzuki
茂夫 鈴木
Tatsuo Fujita
龍夫 藤田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • 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
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • 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
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/04Crank-connecting-rod drives
    • F02G2243/08External regenerators, e.g. "Rankine Napier" engines
    • 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
    • F02G2258/00Materials used
    • F02G2258/10Materials used ceramic

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はスターリング機関の性能向上および小型化に関
するものであり、その中でも特に加熱器の伝熱性能の向
上、および死空間の減少による性能向上、局部過熱の防
止等を図るものである。
従来例の構成とその問題点 第1図は従来のスターリング機関の構成の概略を示すも
ので、1はシリンダ、2はディスプレーサ、3はパワー
ピストン、4はディスプレーサロッド、5は冷却器、6
は再生熱交換器、7は加熱管で6の再生熱交換器と8の
高温空間とに連通している。また9は加熱管7に固着さ
れた拡大伝熱面であり、10は燃焼室、11はバーナ、
12は加熱管7を通過後の排気ガス通路で13の燃焼用
空気通路との隔壁14全通して燃焼用空気を予熱する。
このような従来のスターリング機関においては2のディ
スプレーサ、3のパワーピストンの動きにより、機関内
に封入された高圧のHe 、 N21 I2などの気体
が加熱管Y内を往復流し、その時11のバーすにより燃
焼された燃焼ガス15より熱を受けるものである。しか
しながらこの時、バーナて完全燃焼さぜるためには、所
定容積の燃焼空間が必要となり、加熱器本体容積が大き
くなる。また機関の出力を高めるため(には高温空間温
度をできるたけ高くするゼ要があり、そのために空気予
熱を行っているが、この時燃焼温度が非常に高くなり、
加熱管7て局部過熱を生じ、内部気体が高圧であるため
に加熱管7の破壊を招く事がある。
また、この加熱器での伝熱性能は加熱管7の燃焼ガス側
の熱伝達率が低く、それによって支配され、そのために
拡大伝熱面9を設けたり、加熱管7自身を長くする必要
があった。しかしこの事は機関のディスプレーサ2の排
除容積に対しての死空間容積を増大させる事となり出力
、効率の低下を招くものである。
発明の目的 本発明は上記の欠点を解消し、機関性能の優れた小型な
スターリング機関を得ようとするものである。
発明の構成 本発明は加熱管を空孔率の大きい金属、あるいは空孔率
の大きい熱伝導率の優れたセラミック体に固着させ、そ
の上流端と下流端には空孔率の小さい固体全配置し、燃
料ガスを前記上流端に配置された空孔率の小さい固体内
に噴出せしめる構成とした加熱器を有したスターリング
機関である。
実施例の説明 第2図は本発明実施例の概略構成を示すもので16はシ
リンダー、17はディスプレーサ、1日はパワーピスト
ン、19はディスプレーザロノド、2Qは加熱管、21
は再生熱交換器、22は冷却器であす、ディスプレーサ
1了およびパワーピストン1ろ、およびディスプレーザ
ロソド19には漏れ防止のリング23.24.25がそ
れぞれ設けられている。
加熱器本体26は以下のように構成されている。
すなわち上部に空気室27があり、整流体28f:貫通
して空孔率の比較的小さい発泡金属等の固体729内に
開11シた複数の燃料噴出口30と、前記固体I29の
下部には空孔率の大きな発泡金属。
金網あるいは熱伝導率のすぐれた多孔セラミック体等の
固体+131が加熱管20表面とブレージングあるいは
メタライズ処理によって固着されて設けられている。こ
の時、加熱管20が金属壁である場合、固体[31も金
属である場合にはブレージング等によって両者を固着さ
せ、甘だ固体■31がセラミックである場合にはセラミ
ックをメタライズして加熱管2oと固着させている。
前記固体■31の下流には空孔率の小さな厚みの比較的
大きなポーラスな固体l1132が設けられている。ま
た、周囲は燃焼排気ガスの通路33と通路34が設けら
れており、排出口35より排出される。また最外周囲に
は燃焼用空気通路36と空気導入口37が設けられてい
る。
次にその動作k ffQ明する。
、まず空気導入口37より燃焼用空気を導入し、燃料噴
出口3oより燃料ガスを噴出させて、固体I29内で着
火燃焼させ、その燃焼ガスが固体■31内を通過して加
熱管20と熱交換させて内部気体全加熱する。その後デ
ィスプレーサ1了、あるいはパワーピストン18を適当
な手段で最初だけ動かすと、高温に加熱された内部気体
が再生熱交換器21と冷却器22を通って低温空間38
に移動し、次にはフリーピストンタイプの場合にはバネ
によって、寸だクランク機構のある場合にはその位相差
によって逆過程の内部気体の移動がなされ、高温空間3
9に流れる。以上のような過程の中で等潟膨張2等積冷
却2等温圧縮2等容加熱のサイクルを繰返して外部に仕
事をするものである。
この時、加熱管20での伝熱性能が低いと、加熱管を通
過した後の燃焼排ガス温度が高くなり機関の正味効率が
低くなる。また燃焼排ガス温度が高いのを空気予熱する
際の伝熱面yを大きくして回収すると予熱温度が上昇し
、燃焼ガス温度が極度に上昇して加熱管20の耐熱性に
問題が生じる。
またこのような内部気体に高圧のHeガス等を用いると
、加熱管内の熱伝達率は比較的大きく2000〜400
0kCal/rrI1.61℃であり、それ故燃焼ガス
側の熱伝達率が伝熱性能を律則する事になる。しかるに
第1図に示すような従来例の加熱器構成での燃焼ガス側
熱伝達率は30〜50kcal/m′・h℃ と小さく
、それ故拡大伝熱面をつけたり加熱管を長くする必要が
ある。しかし、加熱管を長くすると、シリンダ内の機関
出力に関係する容積以外の死空間容積が増加する事にな
り機関の出力あるいは効率が低下する事になる。
そこで本発明では、次のように輻射と対流伝熱をう捷く
利用する事によって加熱器の伝熱性能向上を図り、ひい
ては加熱器の小型化、機関の高効率化、耐久性の向上を
図るものである。
すなわち、燃料噴出口30を固体[29内に噴出させ、
さらに整流体28で整流された燃焼用空気と混合し固体
I29および固体[31内で燃焼させて、燃焼室容積を
小さくできるものである。また固体T131内では燃焼
がほぼ完了するとともに、その燃焼ガスが固体[31の
発泡金属の表面あるいはセラミック表面と対流熱交換す
るが、この時金属線、セラミック体の代表寸法を小さく
する事により対流熱伝達率を高める事ができる。また更
にこれら固体での単位体積当りの表面積を太きくとる事
ができるので、小さな空間で大きな伝熱面積を確保でき
るものである0またこの時固体[31と加熱管20はブ
レージングあるいはメタライズ処理によって固着されて
いるので、両者の接触熱抵抗が小さく、固体[31のフ
ィン効率を確保すれば熱交換器の伝熱性能が非常に優れ
たものになる〇 一方固体■31を通過した後の燃焼ガスは固体[132
に入るが、固体1’[32の空孔率ケ小さくして適当な
厚みを有すると、固体■32において燃焼ガスの顕熱分
が固体1131側への輻射に変換され、固体11132
の輻射率が高いために、固体■31内での加熱管20へ
の輻射伝熱が促進され、前記の対流伝熱にこの輻射伝熱
が付加され、熱貫流率が従来例の対流のみの熱貫流率よ
りも3〜5倍向−1−シ、その分熱交換器の小型化が図
れる。それ故、加熱管20自身が短かくてすみ、内部気
体の死空間容積を小さくでき、機関の出力と、効率の増
加が図れるものである。
寸だ、スターリング機関においては高温側の湿度が高け
れば高いほど効率の増加が望めるが、この時加熱器での
空気予熱を行なわないと加熱器効率が低1する。しかし
ながら空気予熱を行なうと燃焼温度が高くなりそれ故加
熱管での局部過熱を発生し、内部気体が高圧であるため
に加熱管の破損ライ]・しる危険があるとともに、加熱
管全体にわたって均一に加熱する必要がある。しかるに
本発明では、固体17132での輻射全利用し、固体1
29内で熱的な循環を行なわせているために、第3図A
に示すような対流方式のみの場合の第3図Cに示すよう
な上流、下流の加熱管での急激な温度降下がな゛く、第
3図Bに示すような本発明の場合は第3図りに示すよう
に固体■31内でほぼ均一な温度場を形成しうるもので
ある。
また本発明では、固体129および固体[31表面に触
媒を担持さぜ−る事により、燃焼を足進させ、より小さ
な燃焼容積と、低温燃焼等も可能となり加熱管等の拐T
−1全安価なもので形成できる効果をも有するものであ
る○ 発明の詳細 な説明したように、本発明によれは、燃焼を固体内で行
々わせて、燃焼室容積を小テくシ、さらに固体lを発泡
金属やセラミック体で構成して単位体積当りの伝熱面積
を大きくとり、さらにその代表長を小さくする事で対流
熱伝達率を促進すすとともに、加熱管と固着せしめてい
るので、その接触熱抵抗を減らし、寸だ固体輻射をも用
いているので極めて伝熱性能がすぐれ、小型の加熱を得
る事ができる。それ放向部気体の死空間容積を減少させ
て機関の出力、効率を増加できる。
捷だ固体I、および固体Hには触媒を担持させであるの
で低温燃焼等も可能となり、付和も安価なものが使える
さらに加熱器内の温度分布を均一にでき、局部過熱を防
止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスターリング機関の概略構成図、第2図
は本発明の一実施例の概略構成図、第3図は従来例と本
発明での加熱器内の模式的な構成と、その時の加熱器内
の温度分布を示す図である。 20・・・・加熱管、28・・・・整流体、29・・・
・・固体1.30 ・・燃料噴出[」、31・・・固体
■、32・・・・固体■。 代理人の氏名 弁理]て 中 尾 敏 男 ほか1名第
1図 第2図 第3図 ハ B 9 D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上部に燃焼用空気を整流するための整流体と前記
    整流体の下部に燃料噴出口を開口した空孔率の比較的小
    さな固体と、前記固体の下部に空孔率の大きな発泡金属
    、金網、あるいは熱伝導率の大きい多孔セラミック体を
    内部気体が流動する加熱管とブレージングあるいはメタ
    ライズ処理によって固着せしめて設け、その最下部には
    空孔率のいちばん小さな多孔性固体・・全配置し、前記
    空孔率の比較的小さな固体内と、前記空孔率の大きな発
    泡金属、金網、多孔セラミック体内で燃焼[7、燃焼ガ
    スが、当該固体内を通過後、前記空孔率のいちばん小さ
    な多孔性固体を通過し、空気予熱器内に入るように構成
    された加熱器を有するスターリング機関。
  2. (2)空孔率の比較的小さな固体と、発泡金属、金網、
    多孔セラミック体表面に触媒を担持たせた加熱器を有す
    る特許請求の範囲第1項記載のスターリング機関。
JP9903584A 1984-05-17 1984-05-17 スタ−リング機関 Granted JPS60243416A (ja)

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JP9903584A JPS60243416A (ja) 1984-05-17 1984-05-17 スタ−リング機関

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JP9903584A JPS60243416A (ja) 1984-05-17 1984-05-17 スタ−リング機関

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JPS60243416A true JPS60243416A (ja) 1985-12-03
JPS6256344B2 JPS6256344B2 (ja) 1987-11-25

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ID=14236146

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JP9903584A Granted JPS60243416A (ja) 1984-05-17 1984-05-17 スタ−リング機関

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104727976A (zh) * 2015-03-09 2015-06-24 上海电力学院 一种斯特林发动机的燃烧加热系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104727976A (zh) * 2015-03-09 2015-06-24 上海电力学院 一种斯特林发动机的燃烧加热系统

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JPS6256344B2 (ja) 1987-11-25

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