JPH0587755B2 - - Google Patents

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。

〔従来の技術〕

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が挿入されるブロツク、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はシエル＆チユ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He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He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ヤマ板、１３は
シエル＆チユーブのシエ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℃から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He（約80℃）がHe入口フランジ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10℃）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出口フランジ１０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。ジヤマ板１２は
冷却水の流れを乱し、強制対流によりパイプ表面
の温度の上がつた水を冷却し、熱交換効率を向上
させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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ガスが冷却水に濡れないように、
He入口フランジ９、He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
熱応用力による歪や、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と
する熱交換量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ツチを小さく
するには限界があり、従つて装置が大きく、重い
などの問題点があつた。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る低温側熱交換器は、円筒状のハ
ウジングと、該ハウジング内に挿入固定され、そ
の外周壁面と上記ハウジングの内壁面との間に冷
却流体用の流路を形成する熱交換器本体であつ
て、その外周壁面に近接して円筒状に軸方向に貫
通する複数の円形の穴を有し、上記外周壁面に冷
却流体との接触面積を増大するフインが形成さ
れ、かつ外周部の上端及び下端に、上記ハウジン
グの内面と密着し上記冷却流体用の流路が形成さ
れる領域を封止する封止部を有するアルミニウム
材の棒状体からなる熱交換器本体と、上記複数の
穴のそれぞれに、その凸部と上記穴内面との間に
発生する圧接力によつて圧着状態に固定され、そ
の凹部と上記穴の内壁とにより作動流体の流路を
形成するアルミニウム材のスプライン軸とを備え
たものである。

〔作用〕

この発明においては、円筒状のハウジングと、
該ハウジング内に挿入固定され、その外周壁面と
上記ハウジングの内壁面との間に冷却流体用の流
路を形成する熱交換器本体であつて、その外周壁
面に近接して円筒状に軸方向に貫通する複数の円
形の穴を有し、上記外周壁面に冷却流体との接触
面積を増大するフインが形成され、かつ外周部の
上端及び下端に、上記ハウジングの内面と密着し
上記冷却流体用の流路が形成される領域を封止す
る封止部を有するアルミニウム材の棒状体からな
る熱交換器本体と、上記複数の穴のそれぞれに、
その凸部と上記穴内面との間に発生する圧接力に
よつて圧着状態に固定され、その凹部と上記穴の
内壁とにより作動流体の流路を形成するアルミニ
ウム材のスプライン軸とを備えた構成としたか
ら、ろう付けを行なうことなく、作動流体の流
路、及び冷却流体の流路を形成することができ、
また全ての部分がAl材の熱交換器となるので重
量が著しく減少し、大きさも小型化される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図ａ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ｂ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、２０は円筒状のハウ
ジング、２４はアルミニウムの棒状体（丸棒）か
らなる熱交換器本体である。熱交換器本体２４は
ハウジング２０内に挿入され、その上端及び下端
に設けられた封止部２４ｂがハウジング２０の内
壁面に全周にわたつて密着することによつてハウ
ジング２０内に固定される熱交換器本体２４の封
止部２４ｂ以外の外周壁面とハウジング２０の内
壁面との間には、冷却水の流路が形成される。ま
た、この冷却水の流路を形成する熱交換器本体２
４の外周壁面には、熱交換器本体と冷却流体であ
る水との接触面積を大きくし、冷却効率を高める
ためのフイン２３が形成されている。さらに、熱
交換器本体２４には、その外周壁面に近接して円
周状に穴２４ａが軸方向に貫通して設けられてい
る。２５は上記穴２４ａに圧入されたアルミ製の
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２４の穴２４ａとの間に形成された
微小なHe流路である。。また、ハウジング２０の
側壁には、冷却流体である水が流入する冷却水入
口２１、及び冷却水が流出する冷却水出口２２が
設けられている。

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２
６の中を高速で流れる。また、冷却流体である水
（約10℃）が冷却水入口２１から入り、フイン２
３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、He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。フイン２３は水側の伝熱表面積を増加さ
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、
低温側熱交換器が有する死容積が従来のシエル＆
チユ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。

なお、上記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、水側のフイン方向（軸方向、
周方向）、フインの厚さ、ピツチ、高さなどは規
定するものでなく、伝達効率の高い形状ならどの
ような形状でもよい。

さらに、Al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Niメツキやタフトライド処理を行つて、焼
き付きを防止するようにしてもよい。

また、上記本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つた熱
機関、例えばスターリング冷凍機、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、差動流体（熱交換流体）はHeに限定
するものではない。

さらに、上記実施例ではアニユラー型の低温側
熱交換器を示したが、本発明は第２図に示すよう
な中実の低温側熱交換器に適用してもよく、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図を同一符号は同一又は相当部分を
示している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、アルミニウ
ムの棒状体に形成した複数の穴のそれぞれに、ス
プライン軸を、該スプライン軸の凸部と上記穴内
面との間に発生する圧接力によつて固定し、この
スプライン軸の凹部を作動流体用流路としたの
で、従来装置のようなろう付工程がなくなつて工
作が非常に簡単になり、装置が安価にできる。ま
た、装置の全てがアルミ材で構成されているの非
常に軽量であり、しかも高速で熱交換器流体を流
して熱伝達率を向上させ、溝本数を削減したの
で、小型の低温側熱交換器が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

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ｂ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ｂ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図は従来のシエル
＆チユーブ型低温側熱交換器を示す断面構成図で
ある。 ２０…ハウジング、２１…冷却水入口、２２…
冷却水出口、２３…フイン、２４…熱交換器本
体、２５…スプライン軸、２６…He流路。なお
図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱機関の作動流体を冷却するための低温側熱
   交換器であつて、 円筒状のハウジングと、 該ハウジング内に挿入固定され、その外周壁面
   と上記ハウジングの内壁面との間に冷却流体用の
   流路を形成する燃交換器本体で絵あつて、その外
   周壁面に近接して円周状に軸方向に貫通する複数
   の円形の穴を有し、上記外周壁面上に冷却流体と
   の接触面積を増大するフインが該外周壁面と一体
   に形成され、かつ外周部の上端及び下端に、上記
   ハウジングの内面と密着し上記冷却流体用の流路
   が形成される領域を封止する封止部を有するアル
   ミニウム材の棒状体からなる熱交換器本体と、 上記複数の穴のそれぞれに、その凸部と上記穴
   内面との間に発生する圧接力によつて圧着状態に
   固定され、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アルミニウム材のスプ
   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。 ２ 上記作動流体の流路は、微小な矩形流路であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   熱機関の低温側熱交換器。 ３ 上記スプライン軸は、少なくともその外径部
   にニツケルメツキ又はタフトライド処理が施され
   たものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の熱機関の低温側熱交換
   器。 ４ 上記熱機関はスターリングサイクルを利用し
   た機関であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の熱機関の低
   温側熱交換器。