JPS6368759A - スタ−リングエンジン用の熱再生器 - 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〕 本発明は熱再生器が貯える熱の外部への放散を抑制する
ことによって熱交換の効率を高め、エンジンの性能を向
上させうるスターリングエンジン用の熱再生器に関する
。

〔従来の技術］ 近年、低公害対策、燃料の多用化、さらには太陽熱の利
用を計るため、スターリングエンジンの開発が惣速に進
められ、又漸次実用化に入りつつある。

スターリングエンジンは、等温圧縮、等積加熱、等温膨
張、等積冷却からなる周知の熱号イクルで運転され、例
えば第９図に示すように、パワービス１−ンａと、高温
の膨張室す及び低温の圧縮室Ｃを設けたディスプレーサ
ｄとを有し、又ディスプレーサｄには前記膨張室すと圧
縮室Ｃとを結ぶとともに熱媒を加温する加熱器０．熱媒
と熱交換する熱再生器ｆ１及び熱媒を冷却するクーラビ
が介在する熱媒流路りが設けられる。熱媒は、ディスプ
レーサｄの動作によって前記熱媒流！／８ｈを正、逆両
方同に流過するため、熱再生器ｆには一方からは７００
″ｃ程度の高温で、他方から低温の熱媒が交互に流入す
る。従って通常の一方向性の熱交ｔ１！５に比べて、２
倍以上の温度差を有するため、その熱交換効率が劣る。

従来このような熱再生器ｆとしては、例えば「汎用スタ
ーリングエンジンと使い方」（電気計算１９８６年第２
号）には、熱交換しやすい金属でなる金網を用いること
が開示されており、一般的には微細金網を積層する金網
方式として使用されている。

また他の例としては、金属粉末を焼結する焼結材方式、
あるいはセラミック等でできた蜂の巣状の小さな多孔質
の板を置いておく多孔材方式なども一部で試みられてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら前記各方式の熱再生器においては、いづれ
もそれに用いる材料自体の表面積が小さいことから、十
分な熱吸収が行えず、再生器の大型化を必要とし、この
ため再生器の容器外部への放熱が大となる。

さらに前記金網方式や、多孔材方式では、焼結材方式に
比べて熱媒の流れが整流となりゃすく、熱吸収率に劣る
とい・う欠点もあり、従って熱交換効果は十分とはいい
難いものであった。

本発明は、金属繊維の表面積に着目し、これを焼結して
蓄熱部を形成するとともに蓄熱部の周囲に外筒との間に
気密な空隙を形成しつる保持部を設けることを基本とし
て、スターリングエンジンの効率を高め前記問題点を解
決しうる熱再生器の提供を目的とＬ７ている。

〔問題点を解決するための手段〕

以下、前記した目的を達成でき、問題点を解決しうる本
発明の手段の一実施例を図面に基づき説明する。

第１〜３図において本発明のスターリング用の熱再生器
１　（以下熱再生器１という）は、スターリングエンジ
ンのディスプレーサ２に付設され、ディスプレーサ２を
通る熱媒と熱交換する熱再生器であって、外筒３内部に
、金属繊維を焼結した蓄熱部５の）Ｍ囲に、前記外筒３
の内周面６に嵌り合う保持部７を有Ｌ７た熱交換具９が
装項され、又前記保持部７の外周１０と外筒３の内周面
６との間に気密な空隙１１を形成している。

外筒３は、円形筒状の周壁２１と、該周壁２１の一端に
、周壁２１に固着される側板２２が設けられ、又周壁２
１の他端には該周壁２１外面に嵌り合うフランジ２３を
具えた蓋板２４を取付ける。

なお周壁２１とフランジ２３との間にはパツキン等のシ
ール材が介在する。又外筒３は、伝熱率が比較的小さく
かつ成形が容易な耐熱鋼、セラミック等の材料が好適に
使用される。

側板２２には、透孔２６が開穿され、該透孔２６は、前
記ディスプレーサ２の高温室１５に通じかつヒータ２７
が介在する第１の導管１６を接続する。又蓋板２４にも
側板２２と同様の透孔２９が穿設され、該透孔２９には
ディスプレーサ２の低温室１７に通じかつ冷却器３０を
介在する第２の導管１９が連結される。従って、ディス
プレーサ２の高温室１５、低温室１７は、第１の導管Ｉ
Ｇ、熱再生！５１、第２の導管】９を介して導通するた
め、熱再生器１はディスプレーサ２を通る熱媒と熱交換
する。なお前記低温室１７はパワーシリンダ３２の気室
３３に導通する。

蓄熱部５は、金属繊維を焼結することにより形成される
。金属繊維は、ニッケル鋼、ステンレス掲等の鉄基金属
、及びアルミニウム合金、黄銅、等の非鉄系金属などか
らなり、繊維径１５０μ以下に形成される。

このような金属繊維は、種々方法で製造可能であり、被
覆された複合線の複数本を集束し、縮径加工して金属繊
維を得る集束伸線法（例えば特公昭５０−３９０６９号
公仰）あるいは、熔解した金属を遠心力により飛散させ
ることにより繊維状としたいわゆるペンダントドロップ
法によるものの他、金属を種々の方法で切削して得る方
法（例えば特開昭５５−１５７４４３号公報）などはそ
の−例である。

このような金属繊維は、開繊などの工程をへてウエゾ状
に成形した後、圧縮しつつ無酸化雰囲気中で加熱するこ
とにより、第３図に示すように多数本の金属繊維４は、
互いに接触点において金属間拡散により接合され、多数
の微細な空孔（Ｈ）を有する焼結体の蓄熱部５を形成し
うる。

なお前記焼結体の空隙率は５０〜９９％の範囲に設定さ
れかつ空孔Ｈを互いに導通させることにより蓄熱部５は
通気可能に形成される。又本例では、蓄熱部５は周面３
５と前記外筒３の内周面６との間に間隙が形成されかつ
肉厚の円板状に形成される。

保持部７はリング状体であり、その内面が蓄熱部５の周
面３５に拡散接合、溶接、はめ込みなどの手段により密
着、固定するとともに外筒３の内周面６に隙間なく、嵌
り合う外周１０を有する。

前記外周１０には、該外周１０で開口しかつ該外周１０
の両端縁との間に浅底の溝４１が周方向に環状に取巻き
設けられる。なお溝４１は、複数個の小溝を断続させ形
設してもよく、又螺旋状に複数回巻回させてもよい。

従って、保持部７はその外周１０を外筒３の内周面６に
嵌入することにより、外筒３の前記透孔２６．２９間に
蓄熱部５を透過する流路Ａが形成される一方、外周１０
と外筒３の内周面６とによって、前記流路へと隔離され
た気密な空隙１１が形成される。

なお保持部７は、前記外筒３と同種の材料を用いること
ができ、特に伝熱性及び熱変形の小さい材料、例えば耐
熱鋼、セラミック、ステンレス等を選択するとともに、
その外周１０は、前記外筒３への放熱を防ぐとの観点か
ら外筒３の内周面６との接触面積が小さくなるよう突起
状に形成することが好ましい。

熱媒は、空気、ガス体等の気体、水、アルコールなどの
液体を利用でき、ヘリウムガス等の不燃性の気体が好適
に採用される。

又熱媒はｇ８１の導管１６を通る間、ヒータ２７によっ
て加温される一方、第２の導管１９を流過することによ
って、冷却器３０による冷却が行なわれる。

なお本例では、外筒３内部に複数個の熱交換具９Ａ、９
Ｂ−・−が軸方向に積み重ねて収容されるとともに保持
部７にはその一方の端面４４に蓄熱部５端面より突出し
かつ環状に連続する突起４５が設けられる。従って突起
４５の先端を隣り合う保持部７の他方の端面に当接させ
保持部７が積重ねることによって、隣り合う蓄熱部５．
５間には前記、流路Ａに介在する偏平な空間４９が形成
される。

なお空間４９には、第４．５図に示すようにメックの荒
い金属製の網体５０を設けることによって、隣り合う蓄
熱部５．５間の隔たりを更に精度よく保持させることが
できる。

また前記蓄熱部５は、−例として外ｐＩ！５０〜２ｏｏ
ｍ程度かつ厚さ３〜２０ｍｍ程度の所定形状に仕上げら
れるとともに、ｔｓ　Ｎ　Ｂ部５間には０．３〜５鰭程
度の空間を有して軸方向に複数枚（約５〜５０枚程度）
段積みされるのが好ましい。

然してパワーシリンダ３２の作動に追従して上下動する
ディスプレーサ２は、シリンダ内を高温室１５側と、低
温室１７側とに交互に移動する。

ディスプレーサ２が高温室１５側に移動することによっ
てヒータ２７により加温され高温となった熱媒は高温室
１５から第１の導管１６をへて熱再生器１の前記流路Ａ
を通る間熱媒の貯える熱を蓄熱部５と熱交換し温度が低
下するとともに第２の導管１９をへて低温室１７に導か
れる。

又ディスプレーサ２の逆方向への移動により、低温室１
７は圧縮され冷却器３０によって、冷却され低温度の熱
媒は第２の導管１９を通り熱再生器１内部に進入し、蓄
熱部５が貯える熱を吸収し高温となり、該高温の熱媒は
第１の導管１６をへて高温室１５に吐出される。このよ
うに熱媒が熱再生器１を介して高・低温室間を移動する
ことにより、等積冷却時に貯える熱エネルギーを等積分
加熱時に放出でき、熱の動力変換効率を高める。

さらに保持部７と外筒３とによって形成される断熱用の
空隙１１が介在することによって、熱交換具９は伝熱に
よる熱の洩漏が著減でき、熱効率を一層高めうる。

なお本実施例のように熱交換具９を複数個設けかつ蓄熱
部５．５間に空間４９を形成した場合には、流路Ａ流過
する熱媒は該空間４９によって乱流となり、蓄熱部５を
略均等に透過でき熱交換効率を増大しうる。

〔実施例〕

第６図には本発明の他の実施例を示す、本例では、蓄熱
部５とその外側に配される保持部７とを具える熱交換具
９を複数個積み重ねることにより形成される。保持部７
はその外周が山伏をなし、頂部Ｐが外筒３内周面と気密
に嵌り合う。又保持部７は両端面を蓄熱部５端面よりそ
れぞれ突°出している。従って隣り合う保持部７．７は
重なりあうことによって、蓄熱部５．５間に空間４９が
形成でき、隣り合う保持部７．７の外周１ｏと外筒３内
周面６との間に、熱媒が通る流路と隔離された気密な断
熱用の空隙１１を形成しうる。なお第７図に示すように
、保持部７を台形状とし、隣り合う熱交換具９．９の外
周１０．１０と外筒３の内周面６とによって空隙１１を
形成してもよい。

第８図は、熱交換具９の他の例を示し、金属繊維を焼結
した複数個の蓄熱体５５・−と複数枚の金属製の網体５
６−とを交互に重ね合せて蓄熱部５を形成するとともに
、ＭＮ熱部５の周囲に保持部７を設けている。

従って蓄熱部５を流通する熱媒は、網体５６によって、
その流れが乱され蓄熱部５は全体に亘って熱媒が流通で
き、熱交換することができる。

なお網体に代えて蓄熱体により更に空孔率の高い金属繊
維の焼結体を用いることもでき、又本発明では、各蓄熱
部５Ａ、５Ｂ−は、毎々空孔径、空孔率などの特性を変
化させたものを組合せ、熱再生器を構成することもでき
る。

このように本発明の熱再生器１は種々な態様のものに変
形できる。

【発明の効果〕

叙上の如く本発明のスターリングエンジンの熱再生器は
、金属繊維を焼結した蓄熱部を有することによってそる
表面積が大きく増加し、熱媒も乱流となって吸熱性を高
め又従来用いられている網体を積層したものに比べて圧
力損失が小さく、十分な通気性を有することから熱交換
効率が向上でき、小型化が可能となる。しかも蓄熱部は
、柔軟性（フレキシビリティ）にも富み、熱による保持
具の膨張、収縮にもよく追従し、耐久性を向上させるこ
とができる。

又蓄熱部の周囲に保持部を設けたため、保持部の外周を
容易かつ高精度に仕上げることがが可能となり、さらに
保持部が外筒と熱膨張が略等しい材料を選択しうろこと
によって、熱交換具は外筒と密に嵌合でき気密性をたか
める。さらに保持部外周と外筒の内周面との間に熱媒が
通る流路と隔離された間隙を設けることによって、伝熱
による熱の放散を著減でき、さらに熱交換効率を高め、
スターリングエンジンの能力を増大し、同エンジンの経
済的な生産に寄与しうる。

なお本実施例のように、蓄熱部間に空間を設けた場合に
は熱媒の流れにさらに乱流が生じ蓄熱部全体に亘って熱
交換できその交換効率をより高めうる。

以上、本発明の説明にあたっては主としてディスプレー
サ−型スターリングエンジンについて述べてきたが、本
発明の熱再生器はそれ以外にも例えばリング状に形成し
て用いるロンピック式スターリングエンジンなど種々型
式への応用も可償である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２図はその
要部を示す一部断面図、第３図は蓄熱部の部分拡大図、
第４図は熱交換具の他の例を開示する断面図、第５図は
その網体を示す斜視図、第６．７．８図は他の実施例を
示す断面図、第９図は従来技術を示す線図である。 １−・熱再生器、　３・・−外筒、　４−・−金属繊維
、５・−・蓄熱部、　６−内周面、　７−保持部、９−
・−熱交換具、　１〇−外周、　１１−空隙、４９−・
−空間。 特許出願人　　　　日　本　精　線　株式会社代理人　
弁理士　　苗　　　村　　　　　　正第１図 第２図 第３図 閾 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スターリングエンジンの為の熱再生器であって、
   筒状の外筒内部に、金属繊維を焼結した蓄熱部の周囲に
   前記外筒の内周面に嵌り合うリング状の保持部を設けた
   熱交換具が装填されるとともに、前記保持部と外筒の内
   周面との間に、前記熱媒体が通る流路と隔離された気密
   な断熱用の空隙を形成したことを特徴とするスターリン
   グエンジン用の熱再生器。
2. （２）前記熱再生器は、複数の蓄熱部が軸方向に積層さ
   れ、かつ各積層間には前記蓄熱部より空隙率の高い空間
   が形成されている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用の熱再生器。