JPS61223255A - High temperature heat exchanger for stirling engine - Google Patents
High temperature heat exchanger for stirling engineInfo
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- JPS61223255A JPS61223255A JP6448085A JP6448085A JPS61223255A JP S61223255 A JPS61223255 A JP S61223255A JP 6448085 A JP6448085 A JP 6448085A JP 6448085 A JP6448085 A JP 6448085A JP S61223255 A JPS61223255 A JP S61223255A
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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
-
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- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
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- F02G2255/00—Heater tubes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はスターリングエンジンに使用される高温熱交
換器に関し、その熱交換効率の改善に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high-temperature heat exchanger used in a Stirling engine, and relates to improving the heat exchange efficiency thereof.
第4図はダブルアクティング型スターリングエンジンを
、また第5図は例えば特開昭59−34859号公報に
示された従来のダブルアクティング型スターリングエン
ジンに応用した高温熱交換器を示す断面図であり、第4
図において、1.2,3゜及び4はそれぞれシリンダで
あり、このシリンダ1〜4内にはそれぞれ該シリンダ内
を往復動するディスプレーサピストン5が設けられ、各
ディスプレーサピストン5の上方が膨張空間6、下方が
圧縮空間7となっている。シリンダ1〜4のディスプレ
ーサピストン5はそれぞれ90”づつ位相がずらして配
設されている。そしてシリンダ1の膨張空間6とシリン
ダ2の圧縮空間7とが連絡されており、その連絡経路に
おいて、高温熱交換器8、蓄熱器9.及び低温熱交換器
10が膨張空間6から圧縮空間7へ向って順次形成され
ている。Figure 4 is a cross-sectional view showing a double-acting Stirling engine, and Figure 5 is a cross-sectional view showing a high-temperature heat exchanger applied to a conventional double-acting Stirling engine, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-34859. Yes, 4th
In the figure, 1.2, 3° and 4 are cylinders, each of which is provided with a displacer piston 5 that reciprocates within the cylinder.The upper part of each displacer piston 5 is an expansion space 6. , the compression space 7 is located below. The displacer pistons 5 of the cylinders 1 to 4 are arranged with a phase difference of 90'' from each other.The expansion space 6 of the cylinder 1 and the compression space 7 of the cylinder 2 are connected, and in the communication path, the A hot heat exchanger 8, a heat storage device 9, and a low temperature heat exchanger 10 are sequentially formed from the expansion space 6 toward the compression space 7.
上記高温熱交換器8は作動流体を加熱するものであり、
蓄熱器9は冷却される前の作動流体の熱を蓄えるもので
あり、低温熱交換器10は作動流体を冷却するものであ
る。上記高温熱交換器8・蓄熱器9.及び低温熱交換器
10は、シリンダ2とシリンダ3との間、シリンダ3と
シリンダ4との間、シリンダ4とシリンダーとの間に、
計4組設けられ、4個のシリンダ1〜4が互いに関連す
るものとなっている。なお、各ディスプレーサピストン
5のロッド11は斜板12に摺動自在に取付られ、これ
らにより出力軸13が回転されるようになっている。The high temperature heat exchanger 8 heats the working fluid,
The heat storage device 9 stores the heat of the working fluid before being cooled, and the low-temperature heat exchanger 10 cools the working fluid. The high temperature heat exchanger 8 and heat storage device 9. And the low-temperature heat exchanger 10 is provided between the cylinders 2 and 3, between the cylinders 3 and 4, and between the cylinders 4 and the cylinders.
A total of four sets are provided, and the four cylinders 1 to 4 are related to each other. Note that the rod 11 of each displacer piston 5 is slidably attached to the swash plate 12, so that the output shaft 13 is rotated by these rods 11.
第5図は高温熱交換器8の詳細図である。図において、
14はシリンダであり、該シリンダー4の上方を覆うよ
うに断熱材からなる燃焼壁15が・
設けられ、この燃焼壁15の燃焼空間16内には多数の
チューブ17が配置されている。チューブ17は上方へ
立上がって燃焼壁15の側壁に沿う筒状となって高温熱
交換器を構成し、その内部を作動媒体が流動している。FIG. 5 is a detailed view of the high temperature heat exchanger 8. In the figure,
Reference numeral 14 denotes a cylinder, and a combustion wall 15 made of a heat insulating material is provided so as to cover the upper side of the cylinder 4. A large number of tubes 17 are arranged within a combustion space 16 of this combustion wall 15. The tube 17 rises upward to form a cylindrical shape along the side wall of the combustion wall 15, forming a high-temperature heat exchanger, through which a working medium flows.
燃焼壁15の上方中心にはノズル18が設けられ、スワ
ーラ19と協同して燃焼炎をつくるよう構成されている
。空間16内の高温ガスは、チューブ17の間隙h(同
図−)参照)を通ってパイプ17の外側へ移行し、必要
に応じて設けられる空気予熱器20を通って排気される
。また、上記チューブ17の間隙り内には、金属板又は
セラミックス等からなる輻射板21が設けられている。A nozzle 18 is provided centrally above the combustion wall 15 and is configured to cooperate with a swirler 19 to create a combustion flame. The high temperature gas in the space 16 moves to the outside of the pipe 17 through the gap h (see -) of the tube 17, and is exhausted through the air preheater 20 provided as required. Furthermore, a radiation plate 21 made of a metal plate, ceramics, or the like is provided within the gap of the tube 17.
この輻射板21は間隙りの略中間に配置され、上下方向
に伸びる薄い板体からなっている。This radiation plate 21 is arranged approximately in the middle of the gap and is made of a thin plate extending in the vertical direction.
次に動作について説明する。上記のスターリングエンジ
ンでは高温熱交換器8が多数のチェー、ブ17からなり
、これに高温燃焼ガスが接触することによってチューブ
17内の作動流体が加熱される。さらに、燃焼ガスが間
隙りを流れる時、チューブ17と同時に輻射板21も加
熱され、輻射板21は対設されたチューブ17へ輻射熱
を放射し、これによりチューブ17は一層加熱される。Next, the operation will be explained. In the above-mentioned Stirling engine, the high temperature heat exchanger 8 is made up of a large number of chains and tubes 17, and the working fluid in the tubes 17 is heated by contact with the high temperature combustion gas. Further, when the combustion gas flows through the gap, the radiant plate 21 is also heated at the same time as the tube 17, and the radiant plate 21 radiates radiant heat to the tube 17 disposed oppositely, thereby further heating the tube 17.
このとき輻射板21はチューブ17よりも高温となるの
で、輻射熱の量は大きいものとなる。At this time, the radiant plate 21 becomes hotter than the tube 17, so the amount of radiant heat becomes large.
従来の高温熱交換器は、以上のように構成されているが
、輻射板21をチューブ17の間に固定することが困難
であり、またヒータ管としてのチューブ17の縦方向の
温度分布を矯正できないなどの問題点があった。Although the conventional high-temperature heat exchanger is configured as described above, it is difficult to fix the radiation plate 21 between the tubes 17, and it is difficult to correct the longitudinal temperature distribution of the tube 17 as a heater tube. There were problems such as not being able to do so.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高温熱交換器であるチューブへの熱伝達量が
増大できるとともに、ヒータ管の温度分布を矯正できる
スターリングエンジンの高温熱交換器を得ることを目的
としている。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and is a high-temperature heat exchanger for a Stirling engine that can increase the amount of heat transferred to the tube, which is a high-temperature heat exchanger, and correct the temperature distribution of the heater tube. The purpose is to obtain equipment.
この発明に係るスターリングエンジンの高温熱交換器は
、ヒータチューブ群に輻射用の金属線状体を網状に巻き
つけ、その金属線状体の巻きつける密度をヒータ管の温
度分布によって変えるようにしたものである。In the high-temperature heat exchanger for a Stirling engine according to the present invention, a metal wire body for radiation is wound around a group of heater tubes in a net shape, and the density of the winding of the metal wire body is changed depending on the temperature distribution of the heater tubes. It is something.
この発明においては、ヒータチューブ群に巻きつけられ
た金属線状体の輻射伝熱と熱伝導によりチューブへの熱
伝達量が増大し、ヒータ管の温度分布も改善され、かつ
製作が容易であり、その分チューブ量の低減を得られる
ので低コスト、軽量化が図られ、シリンダ上方空間のレ
イアウトが容易になる。In this invention, the amount of heat transferred to the tube is increased by radiation heat transfer and heat conduction of the metal wire body wrapped around the heater tube group, the temperature distribution of the heater tube is improved, and manufacturing is easy. Since the amount of tubes can be reduced accordingly, the cost and weight can be reduced, and the layout of the space above the cylinder can be simplified.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、14はシリンダ、15はシリンダ14の上
方を覆うように設けられた断熱材からなる燃焼壁、16
は燃焼壁15内部の燃焼空間、17はシリンダ14と蓄
熱器9とに接続されたチューブであり、該チューブ17
は燃焼室15−の側壁に沿うように上方へ立上って筒1
なとなり、高温熱交換器を構成している。またこのチュ
ーブ17の内部には動作媒体が流動している。燃焼壁1
5の上方中心にはノズル18が設けられ、該ノズル18
とスワーラ19とによって燃焼炎が形成される。22は
チューブ17間を縫うように設けられたワイヤである。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, 14 is a cylinder, 15 is a combustion wall made of a heat insulating material provided to cover the upper part of the cylinder 14, and 16 is a combustion wall.
is a combustion space inside the combustion wall 15; 17 is a tube connected to the cylinder 14 and the heat storage device 9;
rises upward along the side wall of the combustion chamber 15- to form the cylinder 1.
This constitutes a high-temperature heat exchanger. Further, a working medium flows inside the tube 17. combustion wall 1
A nozzle 18 is provided at the upper center of 5, and the nozzle 18
A combustion flame is formed by the swirler 19 and the swirler 19. 22 is a wire provided so as to thread between the tubes 17.
第2図はアニエラー型の高温熱交換器にこの発明を適用
した一実施例である。但し、燃焼壁15゜燃焼空間16
.ノズル18.スワーラ19はこの図では省略している
。FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to an Annieler type high-temperature heat exchanger. However, combustion wall 15° combustion space 16
.. Nozzle 18. The swirler 19 is omitted in this figure.
ここで、上記ワイヤ22は、以下のようにして配設する
。即ち、予めワイヤ22の配設されていない状態でチュ
ーブ17の温度分布を計測しておき、温度の低い所では
、ワイヤ22の単位面積当たりの本数を多く配設する。Here, the wire 22 is arranged as follows. That is, the temperature distribution of the tube 17 is measured in advance in a state where no wires 22 are disposed, and in areas where the temperature is low, a large number of wires 22 per unit area are disposed.
但し、ヒータ管チューブ17の温度分布はバーナの特性
により太き(変わるので、バーナは同じ物を使用するこ
とが前提条件である。そしてチューブ17を縫うように
ワイヤ22をはりめぐらせ、チェニフ゛17とワイヤ2
2の接点をロウ付けなどにより固定する。この時、接点
では、ワイヤ22・とチューブ17間に0
空気層ができないよ′うにすることが重要である。However, the temperature distribution of the heater pipe tube 17 varies depending on the characteristics of the burner, so it is a prerequisite that the same burner is used.Then, the wire 22 is threaded around the tube 17, and wire 2
Fix the contact point 2 by brazing or the like. At this time, at the contact point, there is 0 between the wire 22 and the tube 17.
It is important to avoid creating air spaces.
次に作用効果について説明する。第2図のスターリング
エンジンの高温熱交換器(アニユラ−型)において、ワ
イヤ22がない時のチューブ17の温度分布を第3図世
)に示す0図かられかるように、温度分布にバラツキが
あることがわかる。同図(a)に測定点を示す、そこで
本実施例では、ワイヤ22を縫うようにチューブ17間
に設置するようにしており、これにより温度分布が校正
されると同時に熱伝達量が増大される。実際の熱伝達の
機構としては、多数のチューブ17に高温ガスを触れさ
せることにより、チューブ17内の作動流体を加熱し、
さらに、燃焼ガスがチューブ間隙りを流れる時、チュー
ブ17とワイヤ22の両者を加熱する。従ってワイヤ2
2は対設されたチューブ17へ輻射熱を放射すると同時
に、熱伝導によってもチューブ17へ伝熱し、チューブ
17は一層熱されるものとなる。そしてワイヤ22のは
りめぐらし方、即ち、チューブ17の下方部分を中間部
分に比してより密に配設するようにすることにより、チ
ューブ17゛への伝熱量を調整し、チューブ17の温度
分布の不均衡を調整する。Next, the effects will be explained. In the high-temperature heat exchanger (Annular type) of the Stirling engine shown in Fig. 2, the temperature distribution of the tube 17 when there is no wire 22 is shown in Fig. 3 (Fig. 3). I understand that there is something. Figure (a) shows the measurement points. Therefore, in this embodiment, the wire 22 is installed between the tubes 17 in a weaving manner, thereby calibrating the temperature distribution and increasing the amount of heat transfer. Ru. The actual heat transfer mechanism involves heating the working fluid in the tubes 17 by bringing high-temperature gas into contact with a large number of tubes 17.
Furthermore, as the combustion gases flow through the tube gap, they heat both tube 17 and wire 22. Therefore wire 2
2 radiates radiant heat to the tube 17 disposed opposite to it, and at the same time heat is transferred to the tube 17 by thermal conduction, making the tube 17 even more heated. By arranging the wires 22 more closely in the lower part of the tube 17 than in the middle part, the amount of heat transferred to the tube 17 can be adjusted and the temperature distribution of the tube 17 can be adjusted. Adjust the imbalance.
なお、上記実施例ではワイヤを配設するようにしたが、
これはテープ状の金属でもよく、上記実施例と同様の効
果を奏する。In addition, in the above embodiment, wires were arranged, but
This may be a tape-shaped metal, and the same effect as in the above embodiment can be achieved.
また、ワイヤの材料については、耐熱材料でかつ可塑性
に富むものであればどのような材料でもよい。Further, as for the material of the wire, any material may be used as long as it is a heat-resistant material and has high plasticity.
以上のように、この発明によれば、ヒータチューブにワ
イヤ等の輻射用の金属線状体を縫うように巻き付け、か
つその巻き付ける密度を温度i布によって調整するよう
にしたので、高温熱交換器であるチューブへの熱伝達量
が増大できるとともに、ヒータ管の温度分布が均一にで
きる効果がある。As described above, according to the present invention, a metal linear body for radiation such as a wire is wound around the heater tube in a stitched manner, and the density of the wrapping is adjusted by the temperature i cloth. This has the effect of increasing the amount of heat transferred to the tube and making the temperature distribution of the heater tube uniform.
第1図(a)はこの発明をダブルアクティング型スター
リングエンジンに適用した場合の一実施例を示す高温熱
交換器の断面図、第1図世)はそのIb−Ib線断面図
、第2図(a)はこの発明をディスプレーサ型スターリ
ングエンジンのアニエラー型高温熱交換器に適用した場
合の一実kM例を示す断面図、第2図世)はそのnb−
nb線断面図、第2図(C)はその一部拡大図、第3図
(a)はヒータチューブ−換器を使用したダブルアクテ
ィング型の、スターリングエンジンを説明するための概
略図、第5図(a)は従来の高温熱交換器を示す断面図
、第5図(b)はそのvb−vb線断面図である。
17・・・ヒータチューブ、22・・・ワイヤ。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1(a) is a cross-sectional view of a high-temperature heat exchanger showing an embodiment of the present invention applied to a double-acting Stirling engine, FIG. Figure (a) is a sectional view showing an example of an actual kM when this invention is applied to an anierer type high temperature heat exchanger for a displacer type Stirling engine, and Figure 2) is a cross-sectional view of the nb-
NB cross-sectional view, FIG. 2(C) is a partially enlarged view, FIG. 3(a) is a schematic diagram for explaining a double-acting Stirling engine using a heater tube exchanger, and FIG. FIG. 5(a) is a cross-sectional view showing a conventional high-temperature heat exchanger, and FIG. 5(b) is a cross-sectional view taken along the line vb-vb. 17... Heater tube, 22... Wire. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (3)
ヒータチューブに縫うように配設され、かつ該ヒータチ
ューブの温度分布を均一にする輻射用の金属線状体を備
えたことを特徴とするスターリングエンジンの高温熱交
換器。(1) In the high temperature heat exchanger of the Stirling engine,
1. A high-temperature heat exchanger for a Stirling engine, characterized in that it is provided with a metal linear body for radiation that is threaded around a heater tube and makes the temperature distribution of the heater tube uniform.
徴とする特許請求の範囲第1項記載のスターリングエン
ジンの高温熱交換器。(2) The high-temperature heat exchanger for a Stirling engine according to claim 1, wherein the metal linear body for radiation is a wire.
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のスターリ
ングエンジンの高温熱交換器。(3) The high-temperature heat exchanger for a Stirling engine according to claim 1, wherein the metal wire body for radiation is a tape-shaped metal body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6448085A JPS61223255A (en) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | High temperature heat exchanger for stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6448085A JPS61223255A (en) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | High temperature heat exchanger for stirling engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61223255A true JPS61223255A (en) | 1986-10-03 |
Family
ID=13259421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6448085A Pending JPS61223255A (en) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | High temperature heat exchanger for stirling engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61223255A (en) |
-
1985
- 1985-03-28 JP JP6448085A patent/JPS61223255A/en active Pending
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