JPH0531079B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえばスターリングエンジンなど
に用いられる熱交換器に係わり、特に組立て性能
に優れた熱交換器に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

スターリングエンジンは、作動流体の熱膨張お
よび収縮によつて膨張シリンダおよび圧縮シリン
ダ内のピストンを駆動する熱ガス往復動機関であ
る。

第１図は、このようなスターリングエンジンの
概略構成を示す図であり、図中１および２は、そ
れぞれクランク室３の上部に縦長に穿設された膨
張シリンダおよび圧縮シリンダである。膨張シリ
ンダ１の内部には、膨張ピストン４が往復動自在
に収容されており、また、圧縮シリンダ２の内部
には、圧縮ピストン５が往復動自在に収容されて
いる。クランク室３の内部には、上記両ピストン
４，５の往復動方向と直交する方向を回転軸とす
るクランク軸８が、軸受９，１０に回転自在に軸
支されて収容されている。前記両ピストン４，５
は、互いの位相差が、たとえば90゜を保つて往復
動するような関係に、それぞれコネクテイングロ
ツド１１，１２を介してクランク軸８に連結され
ている。

膨張シリンダ１の内部と圧縮シリンダ２の内部
とは、作動流体路１３を介して接続されている。
この作動流体路１３には、膨張シリンダ１側から
圧縮シリンダ２側に向かつて、加熱器１４、再生
器１５、冷却器１６がこの順に直列に接続されて
いる。加熱器１４および冷却器１６はそれぞれ高
温源および低温源との熱交換器で構成されてい
る。作動流体路１３および各シリンダ１，２の内
部には、He、H₂、N₂などの不凝縮性気体からな
る作動流体Ｐが充填されている。

このように構成されたスターリングエンジンに
おいて、いま圧縮ピストン５が上死点にあり、膨
張ピストン４が下降過程にあると、作動流体Ｐは
作動流体路１３を圧縮シリンダ２から膨張シリン
ダ１へ図中実線矢印の向きに移動する。作動流体
Ｐはこの移動の過程で加熱器１４によつて加熱さ
れる。このように作動流体Ｐが加熱されると、作
動流体Ｐが膨張し、このガス圧によつて膨張ピス
トン４を図中下方に移動させる。この時、圧縮ピ
ストン５は、下降を始め、作動流体Ｐは、作動流
体路１３を膨張シリンダ１から圧縮シリンダ２へ
図中点線矢印の向きに移動する。この移動の過程
で、作動液体Ｐは再生器１５内部の蓄熱剤に熱を
与え、かつ冷却器１６で冷却される。このように
作動流体Ｐが冷却されると、作動流体Ｐは収縮
し、圧縮ピストン５を上昇させる。この圧縮行程
によつて作動流体Ｐさらに圧縮される。この時、
膨張ピストン４は下降を始めるので、作動流体が
再び膨張シリンダ１側に流れ、再生器１５に蓄熱
された熱を奪つて１サイクルが終了する。

このように、スターリングエンジンでは、膨張
シリンダ１、加熱器１４、再生器１５、冷却器１
６および圧縮シリンダ２で作動流体Ｐの閉流路を
構成しているが、この閉流路のうち、出力に直接
関与される本来のスペースは、膨張シリンダ１お
よび圧縮シリンダ２の行程容積であり、他のスペ
ースは無効容積となつている。したがつて、この
無効容積は、可能な限り少ないことが望ましい。

ところが、この無効容積を少なくするため、作
動流体の流路断面積をあまり小さくし過ぎると、
作動流体の流動抵抗が増大し、結局、出力低下に
つながるという問題がある。

一方、この種の熱ガス往復動機関にあつては、
作動流体の低温側の温度が低い程、また、高温側
の温度が高い程エンジン効率が上昇する。したが
つて、加熱器１４、冷却器１６を構成する熱交換
器の熱交換効率が高いことが望ましい。

そこで、これらの要望を満足させるため、この
種の熱ガス機関では、熱交換器が第２図に示すよ
うに、蛇行屈曲させた多数の管状熱交換器本体２
１を並列配置させて構成されている。このように
構成すると、熱交換器本体２１の内部を通流する
第１の熱媒Ｑと、熱交換器本体２１の外面を通流
する第２の熱媒Ｒとの伝熱面積を大きくとること
ができる。

また、各熱交換器本体２１は、第３図に示すよ
うに、蛇行屈曲させたパイプ２２の内部に、その
外径が上記パイプ２２の内径よりも小さなダミー
棒２３を同軸的に挿設し、パイプ２２の内面と、
ダミー棒２３との間に作動流体の流路を形成する
ようにしている。そして、パイプ２２とダミー棒
２３との間には、薄くしかも均一な厚みの上記流
路を常に維持できるように、軸方向の所定位置に
位置決め部材２４を介在させるようにしている。

熱交換器本体２１をこのように構成すれば、伝
熱面積の低下を招くことなしに無効容積の低減化
を図ることができ、しかも熱交換効率を向上させ
ることができる。

ところが、このような熱交換器にあつては、次
のような問題があつた。

すなわち、ダミー棒２３は剛体であるため、上
記の構造から明らかな如く、ダミー棒２３はパイ
プ２２を屈曲させる前に、パイプ２２の内部に挿
入しておく必要がある。したがつて、パイプ２２
およびダミー棒２３の曲げ加工は、パイプ２２の
内部にダミー棒２３を挿入した後に行われること
になる。したがつて、ダミー棒２３の軸中心とパ
イプ２２の軸中心とを合致させるための作業が非
常に面倒であり、作業行程の複雑化を招いてい
た。

また、これに起因して、両者の軸中心が極端に
ずれてしまうこと、流路の均肉性が損われ、熱交
換効率の低下をもたらうえ、両者が接触した場合
には、接触部が集中的な荷重点および熱点とな
り、パイプ２２に過大な熱応力が作用して信頼性
の低下をもたらすという問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明はこの様な従来の欠点に基づきなされた
ものであり、その目的とするところは、熱媒通流
管の内部にダミー棒を挿設して無効容積の低減化
と熱交換効率の向上化とを図つた熱交換器にあつ
て、製作性の容易化および熱媒通流管とダミー棒
との関係位置精度の向上化を図ることができ、も
つて熱交換効率および信頼性に優れた熱交換器を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、一部を屈曲させた熱媒通流管の内部
にダミー棒を同軸的に挿設し、前記熱媒通流管の
内面と前記ダミー棒との間で熱媒の流路を形成す
るようにした熱交換器において、前記ダミー棒
を、軸方向に配置された複数の分割体と、これら
分割体を屈曲自在に連結する連結部材とで構成し
てなることを特徴としている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ダミー棒を複数の分割体と、
これらを屈曲自在に連結する連係部材とで構成す
るようにしているので、ダミー棒形状の自由度を
高めることができる。このため、予め屈曲形成さ
た熱媒通流管に、後からダミー棒を挿入すること
が可能である。したがつて、熱交換器の生産性の
容易化を図ることができる。

また、上記のようにダミー棒の自由度が増すの
で、ダミー棒と熱媒通流管との間に適当な位置決
め部材を設けることによつて、ダミー棒を熱媒通
流管に容易に同軸配置させることができる。

さらに、本発明によれば、熱交換器の組立て
後、ダミー棒を単体で取り外すことができるの
で、熱交換器のメインテナンス上の利点も有す
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について第４図に基づき
説明する。

第４図に示す熱交換器本体３１は、第２図に示
した様に、複数並列配置されたものの一つであ
り、図中３２は、熱媒通流管となるパイプであ
る。このパイプ３２は、熱媒の伝熱面積を可能な
限り大きくできるように、蛇行屈曲されたもので
あり、その内部にはダミー棒３３が同軸的に配置
されている。このダミー棒３３は、軸方向に僅か
の隙間を空けて配置された複数の円柱状の分割体
３４と、これら分割体３４の軸中心に設けられた
孔３５を貫通し、上記分割体３４相互を連結する
連結ワイヤ３６とで構成されている。そして、パ
イプ３２と、ダミー棒３３との間には、ダミー棒
３３をパイプ３２に対して同軸的に精度良く配置
するため、軸方向の所定位置に位置決め部材３７
を介在させるようにしている。なお、ダミー棒の
両端部の分割体３４ａ，３４ｂの先端部は、ダミ
ー棒３３がパイプ３２の内部に容易に挿入される
ようにテーパ状に形成されている。

このような構成であると、熱交換器本体３１を
次のように組立てることができる。

すなわち、パイプ３１は、予め単体にて屈曲形
成される。屈曲形成されたパイプ３１は、たとえ
ば図示しないフランジ部などに固定される。この
後、上述したダミー棒３３をパイプ３２の内部に
挿入する。位置決め部材３７は、予めパイプ３２
の内面またはダミー棒３３の外面に固定されてい
る。ダミー棒３３がパイプ３２の屈曲部にさしか
かると、分割体３４と分割体３４とを連結する連
結ワイヤ３６が変形してダミー棒３３全体がパイ
プ３２の内面に倣つて進行する。そして、パイプ
３２内面またはダミー棒３３の外面には、位置決
め部材３７が固定されているので、ダミー棒３３
はパイプ３２内に同軸的に配置されることにな
る。

このように、本実施例によれば、なんら困難性
を伴うことなく、屈曲したパイプ３２の内部にダ
ミー棒３３を同軸的に挿入することができる。し
たがつて、製作性に優れた熱交換器を提供するこ
とができる。しかも、位置決め部材３７の存在に
よつて、パイプ３２とダミー棒３３との軸中心を
正確に一致させることができるので、均一な流路
を形成することができる。このため、熱交換効率
も極めて良好となる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。

たとえば、分割体３４と連結ワイヤ３６とを遊
嵌状態で結合するようにすれば、ダミー棒３３を
パイプ３２の内部に挿入する場合に、先ずガイド
となる連結ワイヤ３６をパイプ３２の内部に装着
し、この連結ワイヤ３６に分割体３４を順次装着
して熱交換器本体を構成するようにしてもよい。

また、分割体を連結する部材は、ワイヤ状のも
のに限定されるものではなく、たとえば、金属性
の網状のものでもよい。この場合には、上記網状
の連結部材で分割体を包み込むようにしてダミー
棒を構成すればよい。

また、本発明は特にスターリングエンジンに使
用される熱交換器に限定されるものではなく、他
の熱機関、たとえばガソリン機関、デイーゼル機
関や各種発電プラントなどにも適用可能であるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はスターリングエンジンの概略構成を示
す図、第２図は同エンジンに使用される熱交換器
の主要部を示す斜視図、第３図は同熱交換器にお
ける熱交換器本体の縦断面図、第４図は本発明の
一実施例に係る熱交換器における熱交換器本体を
示す縦断面図である。 １……膨張シリンダ、２……圧縮シリンダ、３
……クランク室、４……膨張ピストン、５……圧
縮ピストン、８……クランク軸、９，１０……軸
受、１１，１２……コネクテイングロツド、１３
……作動流体路、１４……加熱器、１５……再生
器、１６……冷却器、２１，３１……熱交換器本
体、２２，３２……パイプ、２３，３３……ダミ
ー棒、２４，３７……位置決め部材、３４……分
割体、３５……孔、３６……連結ワイヤ、Ｐ……
作動流体、Ｑ，Ｒ……熱媒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一部を屈曲させた熱媒通流管の内部にダミー
   棒を同軸的に挿設し、前記熱媒通流管の内面と前
   記ダミー棒との間で熱媒の流路を形成するように
   した熱交換器において、前記ダミー棒は、軸方向
   に配置された複数の分割体と、これら分割体を屈
   曲自在に連結する連結部材とで構成されてなるこ
   とを特徴とする熱交換器。 ２ 前記連結部材は、可撓性部材からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱交換
   器。