JPS63233298A - スターリングエンジンの高温熱交換器 - Google Patents

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、第１次流体の流路に管路を配置し、第１次流
体と該管路内を流れる第２次流体とを熱交換さぜる熱交
換器に関する。

（従来技術） 内燃機関は燃焼音、燃料の自由度及び有害排出物等の面
で難点があり、このような難７αのない外燃機関が注目
されている。そのような外燃機関の一つとしてスターリ
ングエンジンがある。

スターリングエンノンは、往復動するディスプレーサピ
ストンにより閉鎖空間内のガスを等容加熱、等温膨張、
等容冷却及び等温圧縮するものである。そして、このス
ターリングエンジンの性能を向上させるには、作動媒体
であるガス加熱用の高温熱交換器の熱交換率を向上させ
ることが肝要である。

従来のスターリングエンノンの高温熱交換器は、管路を
高温ガス中に配置して、管路内ガスを加熱していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記従来の高温熱交換器では、高温ガスの熱を
管内ガスに効率良く与えるため、多数のパイプを用いた
り、長いパイプとしなければならず、重量の面で難点が
ある上、エンジンまわ？に大きなパイプの束があるため
、エンン′ン回りのレイアウトが自［１１１にならない
問題点があった。

そこで、本発明は、スターリングエンノンの高温熱交換
器等において、熱交換率の向上を図ることを目的とする
。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、ｔｊＳ１次流体の
進行方向の最初の管路の上流側に抵抗体を設けて構成さ
れている。

本発明の」〕記描成により、第１次流体の流れに乱れを
生ザしぬ、以て第１次流体と管路内の流体との熱交換を
効率よく行なわせるものである。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を図を参照して説明する。尚、
ここでは、［熱交換器」としてスターリンゲニンノンの
高温熱交換器を例示して説明するが本発明はスターリン
グエンジンの高温熱交換器に限定されるものではなく、
−殻の熱交換器にも適用可能である。また、本実施例に
おいてはスターリングエンノンの高温交換器で説明して
いるため、［第１流［本」に該当するものは高温燃焼ガ
スであり、管路内を流れる［−第２流体」に該当するも
のはヘリウム等の作動流体である。

第３図はスターリングエンジンのうちダブルアクティン
グ型の概略を示しており、同図によりスターリングエン
ノンの作動原理を説明する。

シリング１．２．３．４内にディスプレーサピストン５
が往復動し、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である。シリング１．２．３
．４の位相は、９０°づつずれている。シリング１の膨
張空間６とシリング２の圧縮空間７を連絡し、その連絡
路に高温熱交換器８、蓄熱器９及び低温熱交換器１０を
膨張空間６から圧縮空間７に向かって順次設ける。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。

」二元高温熱交換器８、蓄熱器９及び低温熱交換器１０
をシリング１とシリング２の間、シリング２とシリング
３の間、シリング３とシリング４の間及びシリング３と
シリング４の間に設けることにより、４個のシリングを
互いに関連するものとしている。各ディスプレーサピス
トン５のロッド１１を斜板１２に摺動取着し、出力軸１
３を回転させる。

スターリングエンジンでは高温熱交換器８が多数本のチ
ューブから成り、これに高温燃焼ガスを触れさせること
により、チューブ内の作動流体を加熱している。従来の
高温熱交換器では大量のチューブを使用し、これをシリ
ング上方に集中して設けていた。このため、シリンダ上
方の空間に制約が生し、更には燃焼装置の設計の自由度
にも欠けるものとなっていた。

第１図は、本発明の一実施例に係るスターリングエンジ
ンの高温熱交換器８を示している。

ケーシング２１内に燃焼室２２を設け、該燃焼室２２の
下方部にシリング１．２の膨張空間６を臨まぜて配置し
ている。５はディスプレーサピストンであり、７は圧縮
空間である。膨張空間６に逆Ｕ字状の管路２３の一端を
接続し、該管路２３の他端を図示しないＭ熱器及び低温
熱交換器を介して他のシリング１．２に接続する。この
逆Ｕ字状の管路２３内にはヘリウム等の第２次流体が流
れている。管路２３は、第２図に示すように円周方向に
多数配置される。燃焼室２２の上方部には燃料ノズル２
４を臨ませて設け、該燃料７ズル２４がら噴射された燃
料はスワーラ２５がら送られる空気と混合して燃焼室２
２内で燃焼する。ｔ５１流体である高温燃焼ガスは管路
２３を加熱した後、予熱体２６を介して排気口２７がら
排出する。スヮー２２５が噴出する空気は、予熱体２６
により予熱された空気を予熱通路２８を介して吸引した
ものである。

高温燃焼ガスから管路２３への伝熱促進のため、棒状の
耐熱性材料から成る抵抗体２つを複数本環状に燃焼室の
上方１こ取付けている。この実施例では抵抗体２つは燃
焼室」ニガの燃料吹外出し筒３０に固定されている。こ
の抵抗体２９は、第２図に示すように、筒状に並んで設
けられた管路２３の内側に、かつ隣接する各管路２３の
中間に位置するように配置される。今、逆Ｕ字状の管路
２３のうち矢印Ａで示す高温燃焼ガスの進行方向の上流
側の部分を第１段の管路２３　ａとし、下流側を第２段
の管路２３Ｉ〕とすると、抵抗体２９を通過する際に高
温燃焼ガスの流れが乱され１、：の流れの乱れにより特
に第１段の管路２３ｄ・＼の熱伝達が大ぎく促進される
他、第２段の管路２３１１への伝熱も促進される。

また、抵抗体２９自身が高温となるので、その輻射熱に
よっても第１段の管路２３ａ及び第２段の管路２３ｂが
加熱され、伝熱が促進される。

これにより、管路２３の全量を低減でと、低コスト、軽
量化の他、シリング」、方の空間を使用する管路２３を
小形化することによりシリンダ１．２の上方空間のレイ
アウトが容易になる。

本発明は上記実施例の他、熱交換器−殻に適用できる。

例えば第４図に示すように複数段曲げられた管路２３の
第１段の管路２３ａの前に第１段の管路２３ａに沿って
延びる抵抗体２９を配置している。３１は、管路２３に
取付けた放熱用のフィンである。

尚、抵抗体の形状、材質等は適宜のものが選択される。

管路が第１流体の進行方向に多数段設けられた熱交換器
であれば、前の管路が本発明の抵抗体による流れを乱す
機能を果たすため、熱交換器全体としての熱交換率向上
はさほど顕著とならないが、上記２つの実施例のように
管路が第１流体の進行方向に一段ないし数段というよう
に小数段設けられた熱交換器における本発明に係る抵抗
体による伝熱促進効果は顕著である。

（発明の効果） 本発明では第１流体の進行方向の最初の管路の」二流側
に抵抗体を設け、該抵抗体により第１流体の流れを乱す
と共に抵抗体の輻射熱によっても伝熱を促進するので、
熱交換器の熱交換効率を向」ニさせる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の縦断面図である。 第２図は、ｆ５１図の横断面略図である。 第３図は、スターリングエンジンの一例を示す概略図で
ある。 第４図は、本発明の他の実施例を示す平面略図である。 １．２ニジリング　５：デイスプレーサピストン６：膨
張空間　７：圧縮空間　８：高温熱交換器２２：燃焼室
　２３：管路　２３ａ：第１段の管路２３ｂ：第２ｐｒ
Ｘノ管路　２４：燃料ノズル２５：スワーラ −り１ 第１図 第２″Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１次流体の流路に管路を配置し、第１次流体と該管路
   内を流れる第２次流体とを熱交換させる熱交換器におい
   て、第１次流体の進行方向の最初の管路の上流側に抵抗
   体を設け、第１次流体の流れに乱れを生ぜしめることを
   特徴とする熱交換器。