KR100724038B1

KR100724038B1 - 스털링 기관

Info

Publication number: KR100724038B1
Application number: KR1020067000290A
Authority: KR
Inventors: 가즈시 요시무라; 겐지 다까이; 요시유끼 기따무라; 신지 야마가미; 진 사까모또; 히로시 야스무라
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2007-06-04
Also published as: WO2005003652A1; KR20060029679A; EP1643194A4; JP3667328B2; US20070089410A1; BRPI0412388A; EP1643194A1; JP2005042697A

Abstract

본 발명의 스털링 기관은 통 형상의 압력 용기로 실린더, 피스톤 및 리니어 모터를 덮는다. 압력 용기는 리니어 모터의 피스톤 지지측 단부보다도 디스플레이서 배치측으로 치우친 위치에서 링 형상부와 돔 형상부로 분할된다. 분할부에 있어서, 링 형상부와 돔 형상부에는 각각 외향의 플랜지 형상부가 형성되어 있다. 양쪽의 플랜지 형상부끼리 맞추어 체결 링과 볼트로 체결하여 압력 용기의 임시 밀봉을 행한다. 이 상태에서 성능 체크를 행한 후, 플랜지 형상부의 외주부끼리 용접하여 압력 용기의 본 밀봉을 행한다.

스털링 기관, 실린더, 피스톤, 디스플레이서, 리니어 모터, 링 형상부, 돔 형상부

Description

스털링 기관 {STIRLING ENGINE}

본 발명은 스털링 기관, 그 중에서도 예비 피스톤 형태의 스털링 기관에 관한 것이다.

스털링 기관은 플론이 아니라 헬륨, 수소, 질소 등을 작동 가스로서 이용할 수 있으므로, 오존층의 파괴를 초래하는 일 없는 열 기관으로서 주목을 끌고 있다. 특허 문헌 1 내지 3에 스털링 기관의 예를 들 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2000-337725호 공보(제2 내지 제4 페이지, 도1)

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-231239호 공보(제2 내지 제4 페이지, 도1)

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2002-349347호 공보(제5, 제6 페이지, 도1)

스털링 기관은, 아직 양산에는 도달하고 있지 않다. 양산화하기 위해서는, 적어도 조립성을 좋게 하고, 조립 후의 품질 안정성을 확보하는 것이 필요하다.

스털링 기관은 미묘한 밸런스를 기초로 운전을 성립시키는 것이며, 소기의 성능을 발휘시키기 위해서는 설계 및 조립 조정을 적절하게, 또한 정성껏 행하는 것이 필요해진다. 그로 인해, 1대마다 성능 체크를 빠뜨릴 수 없다. 그러나 스털링 기관은 구성 요소가 압력 용기 내에 봉입되어 있고, 소기의 성능이 나와 있지 않는 것을 발견해도, 새로 조정하는 것이 용이하지 않았다. 이 문제에 대처하는 데 있어서는, 스털링 기관의 외피를 구성하는 압력 용기의 구조를 새로 볼 필요가 있다. 본 발명의 발명자는 압력 용기를 분할 구조로 하는 것 및 분할 위치의 설정이 조립성이나 품질 안정성에 큰 영향을 주는 것을 발견하였다.

본 발명은 상기 사항에 비추어 이루어진 것으로, 조립성이 좋고, 조립 후 품질 안정성이 확보되는 동시에, 성능 체크 후 조정이 용이한 스털링 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명으로서는 스털링 기관을 다음과 같이 구성한다. 즉, 실린더와 실린더 내에 왕복 이동 가능하게 배치된 피스톤과, 상기 피스톤과 위상차를 두고 왕복 이동하는 디스플레이서와, 상기 피스톤을 구동하는 리니어 모터와, 상기 실린더, 피스톤 및 리니어 모터를 덮는 압력 용기를 구비한 스털링 기관에 있어서, 상기 압력 용기에 분할부를 마련하는 동시에, 이 분할부는 상기 리니어 모터의 피스톤 지지 측단부보다도 디스플레이서 배치측으로 치우친 위치에 있는 것으로 한다. 분할부의 위치는 상기 리니어 모터의 피스톤 지지 측단부와 디스플레이서 측단부 사이로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 분할부가 이 위치에 있으면, 압력 용기에 고정 부착된 허메틱 단자(리니어 모터로의 전원 공급 단자)와 리니어 모터의 리드선과의 접속이나 리드선의 배치를 쉽게 하게 되기 때문이다.

이 구성에 따르면, 압력 용기를 분할하면 리니어 모터의 피스톤 지지측이 노출된다. 이 상태에서 리니어 모터의 배선 작업 혹은 피스톤이나 디스플레이서의 조립 작업을 행할 수 있으므로 조립성이 좋다. 또한, 무리한 조립 작업을 행하지 않고 완료함으로써 품질 안정성이 향상된다.

또한 본 발명은, 상기 구성의 스털링 기관에 있어서, 상기 분할부가 상기 리니어 모터의 축선 방향 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 분할부는 리니어 모터의 양단부의 합성 수지제 엔드 브래킷에 대해 균등한 거리를 갖게 된다. 이로 인해, 분할부를 용접하여 압력 용기를 밀봉할 때, 용접 열에 의한 손상을 받기 어렵다. 이것도 또 품질 안정성의 확보에 기여한다.

또한 본 발명에서는, 스털링 기관을 다음과 같이 구성한다. 즉, 실린더와, 실린더 내에 왕복 이동 가능하게 배치된 피스톤과, 상기 피스톤과 위상차를 두고 왕복 이동하는 디스플레이서와, 상기 피스톤을 구동하는 리니어 모터와, 상기 실린더, 피스톤 및 리니어 모터를 덮는 압력 용기를 구비한 스털링 기관에 있어서, 상기 압력 용기에 분할부를 마련하고, 이 분할부는 시일 부재를 이용하여 밀봉하는 임시 밀봉과, 용접에 의해 밀봉하는 본 밀봉의 양쪽이 가능한 형상으로 되어 있는 것으로 한다.

이 구성에 따르면, 압력 용기를 임시 밀봉하여 조립한 상태에서 우선 성능 체크를 행하고, 불량이 발견되면 곧 압력 용기를 분해하여 불량의 원인을 배제할 수 있다. 따라서, 불량이 있는 제품을 불량품으로서 폐기시키지 않아 자원의 낭비가 생기지 않는다. 또한, 모든 제품을 품질 기준을 충족시키는 형태로 출시할 수 있어 제품의 신뢰성이 높아진다.

또한 본 발명은, 상기 구성의 스털링 기관에 있어서, 상기 분할부는 적어도 한 쪽의 압력 용기 형성체에 플랜지 형상부를 마련하고, 이 플랜지 형상부에 시일 부재 배치부를 마련하는 동시에, 이 플랜지 형상부의 외측 주위 방향으로 본 밀봉을 행하기 위한 용접 부위를 배치한 구성인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 플랜지 형상부에 시일 부재를 배치함으로써 용이하게 임시 밀봉을 행할 수 있다. 그리고 본 밀봉시의 용접 부위가 플랜지 형상부의 외측 주위 방향이 되기 때문에, 압력 용기 내에 배치된 구성물에 대해, 용접시의 열에 의한 변형 등의 악영향이 미치는 것을 억제할 수 있다. 또, 이러한 열의 영향은, 예를 들어 리니어 모터의 엔드 브래킷을 수지로 제조한 경우와 같이, 압력 용기 내에 수지제 구성물을 구비하는 경우에 생기기 쉬운 것이지만, 이러한 수지제 구성물을 구비하는 데 바람직한 구조를 본 발명은 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 상기 구성의 스털링 기관에 있어서, 상기 분할부가 상기 리니어 모터의 피스톤 지지 측단부보다도 디스플레이서 배치측으로 치우친 위치에 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 압력 용기를 임시 밀봉하여 조립한 상태에서 성능 체크를 행한 결과 불량을 발견한 경우에는, 압력 용기를 분할하여 리니어 모터나 피스톤, 디스플레이서의 지지부를 노출시킬 수 있다. 이에 의해, 점검ㆍ조정을 용이하게 행할 수 있다.

이 구성에 따르면, 분할부는 리니어 모터의 양단부의 합성 수지제 엔드 브래킷에 대해 균등한 거리를 유지한다. 이로 인해, 분할부를 용접하여 본 밀봉을 행할 때, 양측의 엔드 브래킷은 용접부로부터 균등하게 멀어지고 있기 때문에, 용접 열에 의한 손상을 받기 어려운 것이다. 이것도 또 품질 안정성의 확보에 기여한다.

도1은 제1 실시 형태의 스털링 기관의 완성품의 단면도이다.

도2는 제1 실시 형태의 스털링 기관의 임시 접합의 단계에 있어서의 단면도이다.

도3은 도2의 주요부 확대도이다.

도4는 제2 실시 형태의 스털링 기관의 완성품의 단면도이다.

<부호의 설명>

1 : 스털링 기관

10, 11 : 실린더

12 : 피스톤

13 : 디스플레이서

20 : 리니어 모터

45 : 압축 공간

46 : 팽창 공간

50 : 압력 용기

51 : 바운스 공간

52 : 링 형상부

53 : 돔 형상부

54, 55 : 플랜지 형상부

57 : 시일 부재 배치부

58 : 용접부

71, 72 : 체결 링

73 : 볼트

80 : 플랜지 형상부

이하에 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도1 내지 도3에 제1 실시 형태를 나타낸다. 도1은 스털링 기관의 완성품의 단면도, 도2는 임시 접합의 단계에 있어서의 단면도, 도3은 도2의 주요부 확대도이다.

스털링 기관(1)의 조립 중심이 되는 것은 실린더(10, 11)이다. 실린더(10, 11)의 축선은 동일 직선 상에 나열한다. 실린더(10)에는 피스톤(12)이 삽입되고, 실린더(11)에는 디스플레이서(13)가 삽입된다. 피스톤(12) 및 디스플레이서(13)는 스털링 기관(1)의 운전 중, 가스 베어링의 기구에 의해 실린더(10, 11)의 내벽에 접촉하지 않고 왕복 이동한다.

피스톤(12)의 한 쪽의 단부에는 컵 형상의 마그넷 홀더(14)가 고정된다. 디스플레이서(13)의 한 쪽의 단부로부터는 디스플레이서축(15)이 돌출된다. 디스플레이서축(15)은 피스톤(12) 및 마그넷 홀더(14)를 축 방향으로 자유롭게 슬라이드할 수 있도록 관통한다. 스털링 기관(1)의 운전 중, 디스플레이서축(15)은 피스톤(12)에 접촉하지 않고 움직인다.

실린더(10)는 피스톤(12)의 동작 영역에 대응하는 부분의 외측에 리니어 모터(20)를 보유 지지한다. 리니어 모터(20)는 코일(21)을 구비한 외측 요크(22)와, 실린더(10)의 외면에 접하도록 마련된 내측 요크(23)와, 외측 요크(22)와 내측 요크(23) 사이의 환상 공간에 삽입된 링 형상의 마그넷(24)과, 외측 요크(22) 및 내측 요크(23)를 소정의 위치 관계로 보유 지지하는 합성 수지제 엔드 브래킷(26, 27)과, 상기 엔드 브래킷(26, 27) 사이를 일정한 거리로 유지하기 위한 스페이서(25)를 구비한다. 마그넷(24)은 마그넷 홀더(14)에 고정되고, 외측 요크(22)와 내측 요크(23) 모두 접촉하지 않도록 지지되어 있다.

마그넷 홀더(14)의 허브 부분에는 스프링(30)의 중심부가 고정된다. 디스플레이서축(15)에는 스프링(31)의 중심부가 고정된다. 스프링(30, 31)의 외주부는 엔드 브래킷(27)에 고정된다. 스프링(30, 31)의 외주부끼리 사이에는 스페이서(32)가 배치되어 있고, 이에 의해 스프링(30, 31)은 일정한 거리를 유지한다. 스프링(30, 31)은 원판형의 소재로 스파이럴 형상의 절입부를 새기는 것이고, 피스톤(12), 디스플레이서(13)의 각각과 공진을 일으킨다.

실린더(11) 중, 단부[디스플레이서(13)의 동작 영역에 대응하는 부분]의 외 측에는 전열 헤드(40, 41)가 배치된다. 전열 헤드(40)는 링 형상, 전열 헤드(41)는 캡 형상이며, 모두 동이나 동합금 등 열전도가 좋은 금속으로 이루어진다. 전열 헤드(40, 41)는 각각 링 형상의 내부 열교환기(42, 43)를 개재시킨 형태로 실린더(11)의 외측에 지지된다. 내부 열교환기(42, 43)는 각각 통풍성을 갖고, 내부를 빠져 나가는 작동 가스의 열을 전열 헤드(40, 41)에 전한다. 전열 헤드(40)에는 실린더(10) 및 압력 용기(50)가 연결된다.

전열 헤드(40), 실린더(10, 11), 피스톤(12) 및 내부 열교환기(42)로 둘러싸인 링 형상의 공간은 압축 공간(45)이 된다. 전열 헤드(41), 실린더(11), 디스플레이서(13) 및 내부 열교환기(43)로 둘러싸이는 공간은 팽창 공간(46)이 된다.

내부 열교환기(42, 43) 사이에는 재생기(47)가 배치된다. 재생기(47)도 통풍성을 갖고, 내부를 작동 가스가 통과한다. 재생기(47)의 외측을 재생기 튜브(48)가 감싼다. 재생기 튜브(48)는 전열 헤드(40, 41) 사이에 기밀 통로를 구성한다.

리니어 모터(20), 실린더(10) 및 피스톤(12)을 통 형상의 압력 용기(50)가 덮는다. 압력 용기(50)의 내부는 바운스 공간(51)이 된다. 압력 용기(50)의 구조는 후에 상세하게 설명한다.

압력 용기(50)에는 진동 억제 장치(60)가 부착된다. 진동 억제 장치(60)는 압력 용기(50)에 고정되는 프레임(61)과, 프레임(61)에 지지된 판 형상의 스프링(62)과, 스프링(62)에 지지된 매스플로우(질량)(63)로 이루어진다.

스털링 기관(1)은 다음과 같이 동작한다. 리니어 모터(20)의 코일(21)에 교 류 전류를 공급하면 외측 요크(22)와 내측 요크(23) 사이에 마그넷(24)을 관통하는 자계가 발생하고, 마그넷(24)은 축 방향으로 왕복한다. 피스톤계[피스톤(12), 마그넷 홀더(14), 마그넷(24) 및 스프링(30)]의 총질량과, 스프링(30)의 스프링 정수에 의해 정해지는 공진 주파수에 일치하는 주파수의 전력을 공급함으로써, 피스톤계는 매끄러운 정현파 형상의 왕복 이동을 개시한다.

또한, 디스플레이서계[디스플레이서(13), 디스플레이서축(15) 및 스프링(31)]의 총질량과, 스프링(31)의 스프링 정수에 의해 정해지는 공진 주파수를 피스톤(12)의 구동 주파수에 공진하도록 설정한다.

그리고, 피스톤(12)을 왕복 이동시키면, 압축 공간은 압축 및 팽창이 반복된다. 이 압력의 변화에 수반하여, 디스플레이서(13)도 왕복 이동을 행한다. 이 때, 압축 공간(45)과 팽창 공간(46) 사이의 유동 저항 등에 의해, 디스플레이서(13)와 피스톤(12) 사이에는 위상차가 생기게 된다. 상기한 바와 같이 하여 예비 피스톤 구조의 디스플레이서(13)는 피스톤(12)의 진동 주파수와는 위상차를 두고 동기하여 진동한다.

이러한 동작에 의해, 압축 공간(45)과 팽창 공간(46) 사이에 스털링 기관이 형성된다. 압축 공간에서는 등온 압축 변화를 기초로 하여 작동 가스의 온도가 상승되고, 팽창 공간(46)으로서는 등온 팽창 변화를 기초로 하여 작동 가스의 온도가 저하된다. 이로 인해, 압축 공간(45)의 온도는 상승하고 팽창 공간(46)의 온도는 하강한다.

운전 중에 압축 공간(45)과 팽창 공간(46) 사이를 왕복하는 작동 가스는 내 부 열교환기(42, 43)를 통과할 때에, 이렇게 갖는 열을 내부 열교환기(42, 43)를 통하여 양호하게 전열 헤드(40, 41)에 전한다. 압축 공간(45)으로부터 재생기(47)로 흘러 들어 오는 작동 가스는 고온이기 때문에 전열 헤드(40)는 가열되고, 전열 헤드(40)는 웜 헤드가 된다. 팽창 공간(46)으로부터 재생기(47)로 흘러 들어 오는 작동 가스는 저온이기 때문에 전열 헤드(41)는 냉각되고, 전열 헤드(41)는 냉각 헤드가 된다. 전열 헤드(40)보다 열을 대기로 방산하고, 전열 헤드(41)로 특정 공간의 온도를 내림으로써, 스털링 기관(1)은 냉동 기관으로서의 기능을 다한다.

재생기(47)는 압축 공간(45)과 팽창 공간(46)의 열을 상대측의 공간에는 전하지 않고, 작동 가스만을 통과시키는 작동을 한다. 압축 공간(45)으로부터 내부 열교환기(42)를 지나서 재생기(47)에 들어간 고온의 작동 가스는 재생기(47)를 통과할 때에 그 열을 재생기(47)에 들어간 온도가 내려간 상태에서 팽창 공간(46)으로 유입한다. 팽창 공간(46)으로부터 내부 열교환기(43)를 지나서 재생기(47)에 들어간 저온의 작동 가스는, 재생기(47)를 통과할 때에 재생기(47)로부터 열을 회수하여 온도가 오른 상태에서 압축 공간(45)으로 유입한다. 즉 재생기(47)는 축열 장치로서의 역할을 다 한다.

압력 용기(50)의 구조는 다음과 같게 되어 있다. 즉 압력 용기(50)는 전열 헤드(40)에 접합되는 압력 용기 형성체의 한 쪽인 링 형상부(52)와, 이 링 형상부(52)에 접합되는 압력 용기 형성체의 다른 쪽인 돔 형상부(53)로 2 분할되어 있다. 분할면은 스털링 기관(1)의 축선과 직각이며, 또한 리니어 모터(20)를 가로지르는 위치에 있다. 가로지르는 위치는 리니어 모터(20)의 피스톤 지지 측단부보다도 디 스플레이서 배치측으로 치우친 위치로 한다. 본 실시 형태에서는 리니어 모터(20)의 축선 방향 중앙부를 가로지르고 있다.

링 형상부(52) 및 돔 형상부(53)도 스테인리스강제이다. 링 형상부(52)의 일단부는 테이퍼 형상으로 교축되어 전열 헤드(40)에 납땜된다. 테이퍼 형상의 교축부(52a)는 바운스 공간(51)의 용적을 축소하는 데 도움이 된다. 링 형상부(52)의 타단부와, 이에 향하는 돔 형상부(53)의 개구 단부에는 플랜지 형상부(54, 55)가 배치된다.

플랜지 형상부(54, 55)의 구조를 도3을 이용하여 상세하게 설명한다. 플랜지 형상부(54, 55)와 함께, 별개의 부재로서 성형한 스테인리스강제의 링을 링 형상부(52)와 돔 형상부(53)에 용접하여 형성된다. 용접은 모퉁이 용접(56)이다. 플랜지 형상부(54, 55)의 내측 주위 방향에는 플랜지 형상부(54)측을 오목하게 하고, 플랜지 형상부(55)측을 볼록하게 하는 시일 부재 배치부(57)가 마련된다. 임시 밀봉시에는 시일 부재 배치부(57)에 링 형상의 시일 부재(70)를 배치함으로써, 밀폐를 유지할 수 있다.

플랜지 형상부(54, 55)의 접합면과 반대측의 면에는, 임시 밀봉시의 체결 링(71, 72)과 접촉하는 접촉면이며, 모퉁이 용접(56)을 실시할 때에 접촉면으로부터 납땜재가 흘러 나오지 않도록, 오목형의 단차를 구비한 형상으로 형성되어 있다.

플랜지 형상부(54, 55)의 내주면에는 각각 링 형상 홈(74)이 형성된다. 링 형상 홈(74)에는 플랜지 형상부(54, 55)와 링 형상부(52), 돔 형상부(53) 사이의 기밀을 유지하는 링 형상의 시일 부재(75)가 배치된다.

플랜지 형상부(54, 55)는 최종적으로는 서로 단부면의 외측끼리 용접하고, 용접부(58)(도1 참조)를 갖고 본 접합된다. 용접을 위해, 플랜지 형상부(54, 55)의 이음매에는 외측 주위 방향으로 용접 부위가 되는 선단 개방부(59)가 형설되고(도3 참조), 납땜재를 쉽게 쌓아 올린다. 본 발명에서는, 용접에 의한 본 접합에 앞서 임시 접합을 행하고, 그 상태에서 스털링 기관으로서의 성능 체크를 행한다.

임시 밀봉은 다음과 같이 하여 행한다. 우선 도3에 도시한 바와 같이, 플랜지 형상부(54)측의 시일 부재 배치부(57)에 시일 부재(70)를 넣는다. 시일 부재(70)는 O링이다. 그리고나서 플랜지 형상부(55)의 단부면측을 플랜지 형상부(54)의 단부면에 접촉시키면, 시일 부재(70)는 플랜지 형상부(54, 55) 사이에 끼워지는 형태가 된다.

계속해서, 도2에 도시한 바와 같이 플랜지 형상부(54, 55)를 한 쌍의 체결 링(71, 72)으로 끼운다. 이 체결 링(71, 72)을 볼트(73)로 체결하면, 시일 부재(70)는 압축되어 변형되고, 플랜지 형상부(54, 55) 사이의 기밀성이 높아진다. 이에 의해, 압력 용기(50)의 내압을 높이더라도 작동 가스가 새는 일은 없어진다.

임시 밀봉의 상태에서 스털링 기관(1)의 성능 체크를 행한다. 불량이 발견되면 볼트(73)를 느슨하게 체결 링(71, 72)에 의한 체결을 풀고, 돔 형상부(53)를 링 형상부(52)로부터 제거한다. 그리고 각 부의 점검이나 조정을 행한다. 리니어 모터(20)를 가로지르는 위치에 분할부가 있으므로, 돔 형상부(53)를 제거하면 리니어 모터(20)가 노출 상태가 되고, 리니어 모터(20)의 점검ㆍ조정을 용이하게 행할 수 있다.

점검ㆍ조정을 행하여 불량의 원인을 배제한 후, 다시 돔 형상부(53)를 덮고 임시 접합하여 성능을 재차 체크한다.

소기의 성능을 확인할 수 있으면 임시 밀봉으로부터 본 밀봉에 이른다. 체결 링(71, 72)을 제거하고, 테이퍼부(59)를 용접함으로써 본 밀봉을 행한다. 용접을 개시하기 전에 시일 부재(70)를 제거한다. 또, 용접의 열에 견딜 수 있는 것이면, 시일 부재(70)는 그대로 플랜지 형상부(54, 55) 사이에 남겨져도 좋다. 시일 부재(75)는 제거 가능하지 않기 때문, 용접의 열에 견딜 수 있는 것이 필수 조건이 된다.

본 밀봉의 용접 부위는 플랜지 형상부(54, 55)의 외주부끼리이며, 압력 용기(50) 내의 구성 요소로부터 멀어지고 있다. 따라서, 압력 용기(50) 내의 구성 요소가 용접의 열로 손상을 받는 비율이 낮아진다.

본 실시 형태에서는, 압력 용기(50)의 분할부는 리니어 모터(20)의 축선 방향 중앙부에 위치하고 있다. 그로 인해, 용접 부위와 엔드 브래킷(26, 27) 사이에 균등하게 거리를 확보할 수 있고, 엔드 브래킷(26, 27) 중 어디에도 용접의 열이 닿기 어렵다. 따라서, 합성 수지제 엔드 브래킷(26, 27)을 이용한 경우에서도 열로 손상을 받기 어렵다. 특히, 본 실시 형태의 구성에서는 엔드 브래킷(27)에 스프링(30, 31)을 고정하도록 하고 있다. 그로 인해, 엔드 브래킷(27)이 변형되면, 스프링(30, 31)의 위치가 어긋나는 경우가 있다. 이 위치 어긋남이 발생하면, 압축 공간(45), 팽창 공간(46)의 용적이나 피스톤 및 디스플레이서의 진동계에 영향을 주게 된다. 그러나, 상기 구성에 따르면, 용접시 열의 영향으로 이러한 위치 어긋남이 발생하지 않기 때문, 양호하게 성능을 발휘하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 분할부를 임시 밀봉과 본 밀봉의 양쪽이 가능한 형상으로 하고 있지만, 본 밀봉만이 가능한 형상을 채용하는 것도 가능하다. 이 경우, 임시 밀봉을 해제하여 점검이나 조정을 행할 수는 없지만, 조립 공정에 있어서의 배선 작업, 구체적으로는 압력 용기에 고정 부착된 허메틱 단자(리니어 모터로의 전원 공급 단자)와 리니어 모터의 리드선과의 접속이나 리드선의 배치가 쉬워진다는 효과는 공통이다. 또한, 용접의 열에 의한 악영향을 받기 어렵다는 이점도 공통이다.

제2 실시 형태를 도4에 도시한다. 도4는 스털링 기관의 완성품의 단면도이다. 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소나 기능적으로 공통되는 구성 요소에는 제1 실시 형태의 설명으로 사용한 부호를 그대로 붙여 설명은 생략한다.

압력 용기(50)는 개구 단부에 링을 용접하여 플랜지 형상부(55)를 형성한 돔 형상부(53)와, 전열 헤드(40)에 의해 구성된다. 압력 용기(50)의 분할면은 리니어 모터(20)보다도 디스플레이서(13)측으로 치우친 위치에 있다.

압력 용기(50)의 플랜지 형상부(55)와, 전열 헤드(40)에 결합하는 플랜지 형상부(80)를 볼트(73)로 체결하고 임시 밀봉을 행한다. 플랜지 형상부(55)와 플랜지 형상부(80) 사이, 전열 헤드(40)의 외주면과 플랜지 형상부(80)의 내주면 사이 및 전열 헤드(40)의 외측면과 플랜지 형상부(80)의 내측면 사이에는 각각 시일 부재(70)를 끼워 두어 기밀성을 높인다.

제2 실시 형태에 있어서는,「임시 밀봉」으로서 지정된 체결 토크로 볼트 (73)를 체결해 두고 스털링 기관(1)의 성능 체크를 행한다. 불량이 발견되면 볼트(73)를 느슨하게 플랜지 형상부(55, 80)의 연결을 풀고, 돔 형상부(53)를 전열 헤드(40)로부터 제거하여 각 부의 조정을 행한다. 새로 조정한 후, 다시 돔 형상부(53)를 덮어 임시 접합하고 성능 체크를 행한다. 소기의 성능을 확인할 수 있으면, 볼트(73)와 플랜지 형상부(80)를 제거하여 전열 헤드(40)와 플랜지 형상부(55)를 용접하고 본 밀봉을 행한다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 관해 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것은 아니라, 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위로 여러 가지의 변경을 덧붙여 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압력 용기를 분할 구조로 하여 그 분할부의 위치와 형상으로 고안을 집중시킴으로써, 조립성의 향상, 품질 안정성의 향상, 신뢰성의 향상, 점검ㆍ조정이 용이함의 향상 등, 여러 가지 효과를 향수할 수 있다.

본 발명은, 스털링 기관을 제작하는 데에 있어서 널리 이용 가능하다.

Claims

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실린더와, 실린더 내에 왕복 이동 가능하게 배치된 피스톤과, 상기 피스톤과 위상차를 두고 왕복 이동하는 디스플레이서와, 상기 피스톤을 구동하는 리니어 모터와, 상기 실린더, 피스톤, 디스플레이서 및 리니어 모터를 덮는 압력 용기를 구비한 스털링 기관에 있어서,

상기 리니어 모터는 양단부에 합성 수지제 엔드 브래킷을 구비하는 것이고, 상기 압력 용기에는 분할부를 설치하고, 이 분할부는 상기 리니어 모터의 축선 방향 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는 스털링 기관.
실린더와, 실린더 내에 왕복 이동 가능하게 배치된 피스톤과, 상기 피스톤과 위상차를 두고 왕복 이동하는 디스플레이서와, 상기 피스톤을 구동하는 리니어 모터와, 상기 실린더, 피스톤, 디스플레이서 및 리니어 모터를 덮는 압력 용기를 구비한 스털링 기관에 있어서,

상기 압력 용기에 분할부를 설치하고, 이 분할부는 시일 부재를 이용하여 밀봉하는 임시 밀봉과, 용접에 의해 밀봉하는 본 밀봉의 양쪽이 가능한 형상인 것을 특징으로 하는 스털링 기관.
제3항에 있어서, 상기 분할부는 적어도 한 쪽의 압력 용기 형성체에 플랜지 형상부를 마련하고, 이 플랜지 형상부에 시일 부재 배치부를 설치하는 동시에, 이 플랜지 형상부의 외측 주위 방향으로 본 밀봉을 하기 위한 용접 부위를 배치한 것을 특징으로 하는 스털링 기관.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 분할부는 상기 리니어 모터의 피스톤 지지 측단부보다도 디스플레이서 배치측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스털링 기관.
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