JPS6256344B2 - - Google Patents
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- JPS6256344B2 JPS6256344B2 JP9903584A JP9903584A JPS6256344B2 JP S6256344 B2 JPS6256344 B2 JP S6256344B2 JP 9903584 A JP9903584 A JP 9903584A JP 9903584 A JP9903584 A JP 9903584A JP S6256344 B2 JPS6256344 B2 JP S6256344B2
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- solid
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- heating tube
- porous
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
- F02G2243/04—Crank-connecting-rod drives
- F02G2243/08—External regenerators, e.g. "Rankine Napier" engines
-
- 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
- F02G2258/00—Materials used
- F02G2258/10—Materials used ceramic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Air Supply (AREA)
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。
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はデイスプレー
サ、３はパワーピストン、４はデイスプレーサロ
ツド、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を通して燃焼用空気を予熱
する。
を示すもので、１はシリンダ、２はデイスプレー
サ、３はパワーピストン、４はデイスプレーサロ
ツド、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を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のデイスプレーサ、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、N2、H2
などの気体が加熱管７内を往復流し、その時１１
のバーナ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
で完全燃焼させるためには、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
きるだけ高くする必要があり、そのために空気予
熱を行つているが、この時燃焼温度が非常に高く
なり、加熱管７で局部過熱を生じ、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。
２のデイスプレーサ、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、N2、H2
などの気体が加熱管７内を往復流し、その時１１
のバーナ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
で完全燃焼させるためには、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
きるだけ高くする必要があり、そのために空気予
熱を行つているが、この時燃焼温度が非常に高く
なり、加熱管７で局部過熱を生じ、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、それによつて支配さ
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つた。しかしこの事は
機関のデイスプレーサ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。
焼ガス側の熱伝達率が低く、それによつて支配さ
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つた。しかしこの事は
機関のデイスプレーサ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。
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ツク体
に固着させ、その上流端と下流端には空孔率の小
さい固体を配置し、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。
は空孔率の大きい熱伝導率の優れたセラミツク体
に固着させ、その上流端と下流端には空孔率の小
さい固体を配置し、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はデイスプレーサ、１８
はパワーピストン、１９はデイスプレーサロツ
ド、２０は加熱管、２１は再生熱交換器、２２は
冷却器であり、デイスプレーサ１７およびパワー
ピストン１８、およびデイスプレーサロツド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。
１６はシリンダー、１７はデイスプレーサ、１８
はパワーピストン、１９はデイスプレーサロツ
ド、２０は加熱管、２１は再生熱交換器、２２は
冷却器であり、デイスプレーサ１７およびパワー
ピストン１８、およびデイスプレーサロツド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２
８を貫通して空孔率の比較的小さい発泡金属等の
固体２９内に開口した複数の燃料噴射口３０
と、前記固体２９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
ラミツク体等の固体３１が加熱管２０表面とブ
レーズ溶接あるいはメタライズ処理によつて固着
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
はブレーズ溶接等によつて両者を固着させ、また
固体３１がセラミツクである場合にはセラミツ
クをメタライズして加熱管２０と固着させてい
る。
る。すなわち上部に空気室２７があり、整流体２
８を貫通して空孔率の比較的小さい発泡金属等の
固体２９内に開口した複数の燃料噴射口３０
と、前記固体２９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
ラミツク体等の固体３１が加熱管２０表面とブ
レーズ溶接あるいはメタライズ処理によつて固着
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
はブレーズ溶接等によつて両者を固着させ、また
固体３１がセラミツクである場合にはセラミツ
クをメタライズして加熱管２０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３２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。
の比較的大きなポーラスな固体３２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。
次にその動作を説明する。
まず空気導入口３７より燃焼用空気を導入し、
燃料噴出口３０より燃料ガスを噴出させて、固体
２９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
気体を加熱する。その後デイスプレーサ１７、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を通つて低温空間３８に
移動し、次にはフリーピストンタイプの場合には
バネによつて、またクランク機構のある場合には
その位相差によつて逆過程の内部気体の移動がな
され、高温空間３９に流れる。以上のような過程
の中で等価膨脹、等積冷却、等温圧縮、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。
燃料噴出口３０より燃料ガスを噴出させて、固体
２９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
気体を加熱する。その後デイスプレーサ１７、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を通つて低温空間３８に
移動し、次にはフリーピストンタイプの場合には
バネによつて、またクランク機構のある場合には
その位相差によつて逆過程の内部気体の移動がな
され、高温空間３９に流れる。以上のような過程
の中で等価膨脹、等積冷却、等温圧縮、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積を大きくして
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
2000〜4000kcal／m2・ｈ・℃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伝達率は30〜50kcal／m2・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
には効率が低下する事になる。
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積を大きくして
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
2000〜4000kcal／m2・ｈ・℃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伝達率は30〜50kcal／m2・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
に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
をうまく利用する事によつ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。
をうまく利用する事によつ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２９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３１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
あるいはセラミツク表面と対流熱交換するが、こ
の時金属線、セラミツ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大
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。またこの時固体
３１と加熱管２０はブレーズ溶接あるいはメタ
ライズ処理によつ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のフイン効率を
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。
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２９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３１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
あるいはセラミツク表面と対流熱交換するが、こ
の時金属線、セラミツ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大
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。またこの時固体
３１と加熱管２０はブレーズ溶接あるいはメタ
ライズ処理によつ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のフイン効率を
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。
一方固体３１を通過した後の燃焼ガスは固体
３２に入るが、固体３２の空孔率を小さくし
て適当な厚みを有すると、固体３２において燃
焼ガスを顕熱分が固体３１側への輻射に変換さ
れ、固体３２の輻射率が高いために、固体３
１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
向上し、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。
３２に入るが、固体３２の空孔率を小さくし
て適当な厚みを有すると、固体３２において燃
焼ガスを顕熱分が固体３１側への輻射に変換さ
れ、固体３２の輻射率が高いために、固体３
１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
向上し、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。
また、スターリング機関においては高温側の温
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
率が低下する。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
損を生じる危険があるとともに、加熱管全体にわ
たつて均一に加熱する必要がある。しかるに本発
明では、固体３２での輻射を利用し、固体２
９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Ｄ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。
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
率が低下する。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
損を生じる危険があるとともに、加熱管全体にわ
たつて均一に加熱する必要がある。しかるに本発
明では、固体３２での輻射を利用し、固体２
９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Ｄ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２９および固体３１
表面に触媒を担持させる事により、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
なり加熱管等の材料を安価なもので形成できる効
果をも有するものである。
表面に触媒を担持させる事により、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
なり加熱管等の材料を安価なもので形成できる効
果をも有するものである。
発明の効果
以上説明したように、本発明によれば、燃焼を
固体内で行なわせて、燃焼室容積を小さくし、さ
らに固体を発泡金属やセラミツク体で構成して
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、また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。それ故内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。
固体内で行なわせて、燃焼室容積を小さくし、さ
らに固体を発泡金属やセラミツク体で構成して
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、また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。それ故内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。
また固体、および固体には触媒を担持させ
てあるので低温燃焼等も可能となり、材料も安価
なものが使える。
てあるので低温燃焼等も可能となり、材料も安価
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。
過熱を防止できる。
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、３０……燃料噴出口、３１……固体、３
２……固体。
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、３０……燃料噴出口、３１……固体、３
２……固体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
きい多孔セラミツク体を内部気体が流動する加熱
管とブレーズ溶接あるいはメタライズ処理によつ
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を配置し、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、多孔セラミツク体内で燃焼し、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 空孔率の比較的小さな固体と、発泡金属、金
網、多孔セラミツク体表面に触媒を担持させた加
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9903584A JPS60243416A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9903584A JPS60243416A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60243416A JPS60243416A (ja) | 1985-12-03 |
| JPS6256344B2 true JPS6256344B2 (ja) | 1987-11-25 |
Family
ID=14236146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9903584A Granted JPS60243416A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60243416A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104727976B (zh) * | 2015-03-09 | 2016-07-06 | 上海电力学院 | 一种斯特林发动机的燃烧加热系统 |
-
1984
- 1984-05-17 JP JP9903584A patent/JPS60243416A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60243416A (ja) | 1985-12-03 |
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