JPH01187351A - 熱機関の低温側熱交換器 - Google Patents
熱機関の低温側熱交換器Info
- Publication number
- JPH01187351A JPH01187351A JP1159588A JP1159588A JPH01187351A JP H01187351 A JPH01187351 A JP H01187351A JP 1159588 A JP1159588 A JP 1159588A JP 1159588 A JP1159588 A JP 1159588A JP H01187351 A JPH01187351 A JP H01187351A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling water
- heat exchanger
- hole
- thermal conductivity
- temperature side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
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。
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〕
この発明は、スターリングエンジン等の熱ガス機関の低
温側熱交換器に関するものである。
温側熱交換器に関するものである。
第３図は例えば実開昭６１−５５１４７号公報に示され
た従来のスターリング機関を示す断面図であり、図にお
いて、１は再生器ハウジング２に取り付けられたヒータ
管、３はステンレスの金網からなる再生器、４は低温側
熱交換器である冷却器、５は冷却器４が挿入されるブロ
ック、６は通路案内部材である。
た従来のスターリング機関を示す断面図であり、図にお
いて、１は再生器ハウジング２に取り付けられたヒータ
管、３はステンレスの金網からなる再生器、４は低温側
熱交換器である冷却器、５は冷却器４が挿入されるブロ
ック、６は通路案内部材である。
第４図は低温側熱交換器を詳細に示す断面図であり、７
はシェル＆チューブ型熱交換器の冷却流体である水が流
入する冷却水入口フランジ、８は冷却水が流出する冷却
水出口フランジである。９は熱交換流体であるＨｅ（ヘ
リウム）が流入するＨｅ入口フランジ、１０はＨａが流
出するＨｅ出口フランジである。１１はＨｅ入口フラン
ジ９とＨｅ出口フランジ１０との間に配置されるととも
に、その両端が各フランジ９．１０にろう付され、熱交
換流体であるｌ（ｅが流通する熱交換パイプ、１２は水
の熱交換を促進するためのジャマ板、１３はシェル＆チ
ューブのシェルの部分にあたる胴である。
はシェル＆チューブ型熱交換器の冷却流体である水が流
入する冷却水入口フランジ、８は冷却水が流出する冷却
水出口フランジである。９は熱交換流体であるＨｅ（ヘ
リウム）が流入するＨｅ入口フランジ、１０はＨａが流
出するＨｅ出口フランジである。１１はＨｅ入口フラン
ジ９とＨｅ出口フランジ１０との間に配置されるととも
に、その両端が各フランジ９．１０にろう付され、熱交
換流体であるｌ（ｅが流通する熱交換パイプ、１２は水
の熱交換を促進するためのジャマ板、１３はシェル＆チ
ューブのシェルの部分にあたる胴である。
次に動作について説明する。
ヒータ管１部で加熱された流体（Ｈｅ）は、再生器３に
入り徐冷され、その温度は６５０’Ｃがら８０℃に低く
なる。そしてさらに冷却器４で冷却され、流体の温度は
２５℃まで下がる。
入り徐冷され、その温度は６５０’Ｃがら８０℃に低く
なる。そしてさらに冷却器４で冷却され、流体の温度は
２５℃まで下がる。
次に冷却器４での動作について詳細に説明する。
第４図において、熱交換流体である温度の高い）Ｉｅ
（約８０℃）がＨｅ人口フランジ９から入り、熱交換パ
イプ１１の中を流れる。また、冷却流体である水（約１
０℃）が冷却水入口フランジ７から入り、熱交換パイプ
１１の外側を流れ、熱交換パイプ１１の中のＨｅを熱伝
達により冷却する。
（約８０℃）がＨｅ人口フランジ９から入り、熱交換パ
イプ１１の中を流れる。また、冷却流体である水（約１
０℃）が冷却水入口フランジ７から入り、熱交換パイプ
１１の外側を流れ、熱交換パイプ１１の中のＨｅを熱伝
達により冷却する。
熱交換パイプ１１を通過中に冷却されたＨｅ（約２５℃
）は、Ｈｅ出ロフランジＩＯから流出する。
）は、Ｈｅ出ロフランジＩＯから流出する。
また、冷却流体である水はＨｅから熱を奪い、冷却水出
口フランジ８から流出する。ジャマ板１２は冷却水の流
れを乱し、強制対流によりパイプ表。
口フランジ８から流出する。ジャマ板１２は冷却水の流
れを乱し、強制対流によりパイプ表。
面の温度の上がった水を冷却し、熱交換効率を向上させ
る。
る。
従来の低温側熱交換器は以上のように構成されているの
で、Ｈｅガスが冷却水に漏れないように、Ｈｅ入口フラ
ンジ９．Ｈｇ出口フランジ１０と熱交換パイプ１１とを
ろう付しなければならない。
で、Ｈｅガスが冷却水に漏れないように、Ｈｅ入口フラ
ンジ９．Ｈｇ出口フランジ１０と熱交換パイプ１１とを
ろう付しなければならない。
しかるにこのろう付を行うと、ろう付時に発生する熱応
力による歪や、ろう付不良による熱交換パイプのつまり
、漏れが発生することになり、これらを解消するために
は、加工法が複雑になり、加工費も高価となる。また、
上記従来構造では必要熱交換器を得るためにパイプの本
数が多くなるが、ろう付時の制約からパイプピンチを小
さくするには限界があり、従って装置が大きく、重いな
どの問題点があった。
力による歪や、ろう付不良による熱交換パイプのつまり
、漏れが発生することになり、これらを解消するために
は、加工法が複雑になり、加工費も高価となる。また、
上記従来構造では必要熱交換器を得るためにパイプの本
数が多くなるが、ろう付時の制約からパイプピンチを小
さくするには限界があり、従って装置が大きく、重いな
どの問題点があった。
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、ろう付を製作工程から無くし、加工法を簡素
化して加工費を安価にするとともに、軽量・小型化され
た熱機関の低温側熱交換器を得ることを目的とする。
たもので、ろう付を製作工程から無くし、加工法を簡素
化して加工費を安価にするとともに、軽量・小型化され
た熱機関の低温側熱交換器を得ることを目的とする。
この発明に係る低温側熱交換器は、熱伝導率が鉄鋼材よ
り高く、比重が鉄鋼材より小さい材料からなる外形円柱
状体に軸方向に貫通する丸穴を円周状に配設し、この穴
に上記材料と同様の熱伝導率及び比重を有する材料から
なるスプライン軸を圧入等して該スプライン軸の凹部を
作動流体用の流路とし、さらに上記外形円柱状体の外周
面に周囲から上記作動流体を冷却するためのフィンを設
けたものである。
り高く、比重が鉄鋼材より小さい材料からなる外形円柱
状体に軸方向に貫通する丸穴を円周状に配設し、この穴
に上記材料と同様の熱伝導率及び比重を有する材料から
なるスプライン軸を圧入等して該スプライン軸の凹部を
作動流体用の流路とし、さらに上記外形円柱状体の外周
面に周囲から上記作動流体を冷却するためのフィンを設
けたものである。
この発明においては、熱伝導率が鉄鋼材より高く、比重
が鉄鋼材より小さい材料からなる外形円柱状体に、軸方
向に貫通する丸穴をその外周面に沿って配設し、この穴
に上記材料と同様の熱伝導率及び比重を有する材料から
なるスプライン軸を圧入等して作動流体の流路を形成し
たがら、工作法が圧入だけで済み、また、全ての部分が
熱伝導率が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材
料の熱交換器となるので、重量を著しく減少できるとと
もに、各部の熱伝導性を向上でき、これにより装置全体
を軽量・小型化することができる。
が鉄鋼材より小さい材料からなる外形円柱状体に、軸方
向に貫通する丸穴をその外周面に沿って配設し、この穴
に上記材料と同様の熱伝導率及び比重を有する材料から
なるスプライン軸を圧入等して作動流体の流路を形成し
たがら、工作法が圧入だけで済み、また、全ての部分が
熱伝導率が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材
料の熱交換器となるので、重量を著しく減少できるとと
もに、各部の熱伝導性を向上でき、これにより装置全体
を軽量・小型化することができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図（ａｌはこの発明の一実施例による熱機関の低温
側熱交換器の平面図、同図（ｂｌはその一部拡大図、同
図（ｃ）は該低温側熱交換器の断面構成図である。これ
らの図において、２４は銅合金やチタンなどの熱伝導率
が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材料の円筒
状体からなる熱交換器本体であり、該熱交換器本体２４
の周壁内にはこの周壁に沿って穴２４ａが軸方向に貫通
して配設されている。またこの熱交換器本体２４の外周
面には、冷却効率を高めるとともに冷却水の流路を構成
するフィン２３が形成されている。２５は上記穴２４ａ
に圧入された銅合金やチタンなどを材料とするスプライ
ン軸、２６はスプライン軸２５の凹部と熱交換器本体２
４の穴２４ａの内壁により形成された微小な矩形のＨｅ
流路であり、ここではその断面寸法を０．２〜０．６龍
×０．８〜３．０１１としている。また、２１は冷却流
体である水が流入する冷却水入口、２２は冷却水が流出
する冷却水出口である。
側熱交換器の平面図、同図（ｂｌはその一部拡大図、同
図（ｃ）は該低温側熱交換器の断面構成図である。これ
らの図において、２４は銅合金やチタンなどの熱伝導率
が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材料の円筒
状体からなる熱交換器本体であり、該熱交換器本体２４
の周壁内にはこの周壁に沿って穴２４ａが軸方向に貫通
して配設されている。またこの熱交換器本体２４の外周
面には、冷却効率を高めるとともに冷却水の流路を構成
するフィン２３が形成されている。２５は上記穴２４ａ
に圧入された銅合金やチタンなどを材料とするスプライ
ン軸、２６はスプライン軸２５の凹部と熱交換器本体２
４の穴２４ａの内壁により形成された微小な矩形のＨｅ
流路であり、ここではその断面寸法を０．２〜０．６龍
×０．８〜３．０１１としている。また、２１は冷却流
体である水が流入する冷却水入口、２２は冷却水が流出
する冷却水出口である。
次に動作について説明する。
熱交換流体である温度の高いＨｅ（約８０℃）がＨｅ流
路２６の入口（上側）から入り、Ｈｅ流路２６の中を高
速で流れる。また、冷却流体である水（約１０℃）が冷
却水人口２１から入り、フィン２３のまわりを流れ、熱
伝達によりＨｅ流路２６を流れているＨｅを冷却する。
路２６の入口（上側）から入り、Ｈｅ流路２６の中を高
速で流れる。また、冷却流体である水（約１０℃）が冷
却水人口２１から入り、フィン２３のまわりを流れ、熱
伝達によりＨｅ流路２６を流れているＨｅを冷却する。
Ｈｅ流路２６を通過中に冷却されたＨｅ（約２５℃）は
、ｌ（ｅ流路２６の出口（下側）から流出する。また、
冷却流体である水はＨｅから熱を奪い、冷却水出口２２
から流出する。フィン２３は水側の伝達表面積を増加さ
せ、熱交換効率を向上させる。 ゛このような本実
施例では、Ｈｅ流路２６を従来より小さくし、流速を増
加させて熱伝達率を向上させているので、Ｈｅ流路２６
の本数が少なくてよく、熱交換器を小径化することがで
きる。また熱交換器の大部分を熱伝導率が鉄鋼材より高
く、比重が鉄鋼材より小さい材料で構成しているため、
重量を著しく減少できるとともに、熱伝導性をさらに向
上でき、装置を軽量・小型化できる。また、低温側熱交
換器が有する死容積が従来のシェル＆チューブ型の熱交
換器より小さくなり、エンジン効率も高くなる。
、ｌ（ｅ流路２６の出口（下側）から流出する。また、
冷却流体である水はＨｅから熱を奪い、冷却水出口２２
から流出する。フィン２３は水側の伝達表面積を増加さ
せ、熱交換効率を向上させる。 ゛このような本実
施例では、Ｈｅ流路２６を従来より小さくし、流速を増
加させて熱伝達率を向上させているので、Ｈｅ流路２６
の本数が少なくてよく、熱交換器を小径化することがで
きる。また熱交換器の大部分を熱伝導率が鉄鋼材より高
く、比重が鉄鋼材より小さい材料で構成しているため、
重量を著しく減少できるとともに、熱伝導性をさらに向
上でき、装置を軽量・小型化できる。また、低温側熱交
換器が有する死容積が従来のシェル＆チューブ型の熱交
換器より小さくなり、エンジン効率も高くなる。
第２図は本発明の他の実施例による低温側熱交換器を示
し、これはアニユラ−型の低温側熱交換器で、熱交換器
本体が図に示すような中実のものとなっている点が上記
実施例のものとは異なっており、この場合も上記実施例
と同様の効果を奏する。なおこの第２図において、第１
図と同一符号は同−又は相当部分を示している。
し、これはアニユラ−型の低温側熱交換器で、熱交換器
本体が図に示すような中実のものとなっている点が上記
実施例のものとは異なっており、この場合も上記実施例
と同様の効果を奏する。なおこの第２図において、第１
図と同一符号は同−又は相当部分を示している。
なお、上記各実施例ではスプライン軸を熱交換器本体の
穴に圧入し固定するようにしたが、これは焼き嵌め又は
冷し嵌めにより挿入固定するようにしてもよい、また、
水側のフィンの方向（軸方向、周方向）、フィンの厚さ
、ピンチ、高さなどは規定するものではなく、伝達効率
の高い形状ならどのような形状でもよい。
穴に圧入し固定するようにしたが、これは焼き嵌め又は
冷し嵌めにより挿入固定するようにしてもよい、また、
水側のフィンの方向（軸方向、周方向）、フィンの厚さ
、ピンチ、高さなどは規定するものではなく、伝達効率
の高い形状ならどのような形状でもよい。
また、銅合金やチタン製のスプライン軸を圧入する際、
焼き付く可能性があるので、スプライン軸の外径部にＮ
ｉメフキやタフトライド処理を行って、焼き付きを防止
するようにしてもよい。またこれらの実施例では、素材
に銅合金やチタンなどを使用したが、これは熱伝導率が
鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材料なら°ど
のようなものでもよい。
焼き付く可能性があるので、スプライン軸の外径部にＮ
ｉメフキやタフトライド処理を行って、焼き付きを防止
するようにしてもよい。またこれらの実施例では、素材
に銅合金やチタンなどを使用したが、これは熱伝導率が
鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい材料なら°ど
のようなものでもよい。
さらに、上述の各実施例では本発明の低温側熱交換器を
スターリングエンジンに適用した場合について説明した
が、スターリングサイクルを使った熱機関、例えばスタ
ーリング冷却機、ベルマイヤサイクル機関（冷凍機又は
ヒートポンプ）、Ｇ。
スターリングエンジンに適用した場合について説明した
が、スターリングサイクルを使った熱機関、例えばスタ
ーリング冷却機、ベルマイヤサイクル機関（冷凍機又は
ヒートポンプ）、Ｇ。
Ｍサイクル機関等やその他の熱機関に使用してもよい。
また、作動流体（熱交換流体）はＨｅに限定するもので
はない。
はない。
以上のように、この発明に係る低温側熱交換器によれば
、熱伝導率が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい
材料からなる外形円柱状体に、軸方向に貫通する丸穴を
その外周面に沿って配設し、この穴に上記材料と同様の
熱伝導率及び比重を有する材料からなるスプライン軸を
圧入等して作動流体の流路を形成したので、従来装置の
ようなろう付工程がなくなって工作が非常に簡単になり
、装置が安価にできる。また、装置の全てが熱伝導率が
高く、比重の小さい材料で構成されているため、伝熱性
が良く軽量であり、しかも高速で熱交換流体を流すよう
にしているため、熱伝導率を大きく向上でき、この結実
装置全体を小型化することができる効果がある。
、熱伝導率が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さい
材料からなる外形円柱状体に、軸方向に貫通する丸穴を
その外周面に沿って配設し、この穴に上記材料と同様の
熱伝導率及び比重を有する材料からなるスプライン軸を
圧入等して作動流体の流路を形成したので、従来装置の
ようなろう付工程がなくなって工作が非常に簡単になり
、装置が安価にできる。また、装置の全てが熱伝導率が
高く、比重の小さい材料で構成されているため、伝熱性
が良く軽量であり、しかも高速で熱交換流体を流すよう
にしているため、熱伝導率を大きく向上でき、この結実
装置全体を小型化することができる効果がある。
第１図（ａ）はこの発明の一実施例による低温側熱交換
器の平面図、第１図（ｂｌはその一部拡大図、第１図（
Ｃ）はその断面構成図、第２図（ａ）はこの発明の他の
実施例を示す図、第２図（ｂＪはその断面構成図、第３
図は従来のスターリングエンジンの熱交換器部を示す断
面構成図、第４図は従来のシェル＆チューブ型低温側熱
交換器を示す断面構成図である。 ２１・・・冷却水入口、２２・・・冷却水出口、２３・
・・フィン、２４・・・熱交換器本体、２５・・・スプ
ライン軸、２６・・・Ｈｅ流路。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
器の平面図、第１図（ｂｌはその一部拡大図、第１図（
Ｃ）はその断面構成図、第２図（ａ）はこの発明の他の
実施例を示す図、第２図（ｂＪはその断面構成図、第３
図は従来のスターリングエンジンの熱交換器部を示す断
面構成図、第４図は従来のシェル＆チューブ型低温側熱
交換器を示す断面構成図である。 ２１・・・冷却水入口、２２・・・冷却水出口、２３・
・・フィン、２４・・・熱交換器本体、２５・・・スプ
ライン軸、２６・・・Ｈｅ流路。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）熱機関の作動流体を冷却するための低温側熱交換
器であって、 軸方向に貫通する複数の円形の穴が円周状に配置される
とともに、外周部に冷却流体用のフィンが形成され、熱
伝導率が鉄鋼材より高く、比重が鉄鋼材より小さいアル
ミニウム以外の材料からなる外形円柱状の熱交換器本体
と、 上記複数の穴のそれぞれに嵌合され、その凹部と上記穴
の内壁とにより上記作動流体の流路を形成するための、
熱伝導率が鉄鋼材より高く比重が鉄鋼材より小さいアル
ミニウム以外の材料からなるスプライン軸とを備えたこ
とを特徴とする熱機関の低温側熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1159588A JPH01187351A (ja) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | 熱機関の低温側熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1159588A JPH01187351A (ja) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | 熱機関の低温側熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01187351A true JPH01187351A (ja) | 1989-07-26 |
Family
ID=11782261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1159588A Pending JPH01187351A (ja) | 1988-01-20 | 1988-01-20 | 熱機関の低温側熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01187351A (ja) |
-
1988
- 1988-01-20 JP JP1159588A patent/JPH01187351A/ja active Pending
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