JPS6128826B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6128826B2 JPS6128826B2 JP53121294A JP12129478A JPS6128826B2 JP S6128826 B2 JPS6128826 B2 JP S6128826B2 JP 53121294 A JP53121294 A JP 53121294A JP 12129478 A JP12129478 A JP 12129478A JP S6128826 B2 JPS6128826 B2 JP S6128826B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- heating pipe
- heating
- ceramic
- ceramics
- 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.)
- Expired
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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
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- 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
- F02G2258/00—Materials used
- F02G2258/10—Materials used ceramic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、スターリングエンジン等のような熱
ガス機関の加熱パイプ（熱交換パイプ）の保護装
置に関するもので、詳しくは、加熱パイプの外側
であつて、加熱火炎又は燃焼ガスに直接晒される
部分に、セラミツクスなどのような高融点非金属
材料により成形された保護カバーを装着して、加
熱火炎又は燃焼ガスが直接に加熱パイプに接触す
るのを防いで局所加熱による加熱効率（性能）の
低下を防止すると共に保護カバーによる輻射熱で
加熱パイプを加熱するように構成したものであ
る。熱ガス機関、例えばスターリングエンジンの
ような外燃エンジンでは、機関の出力を大きく
し、効率を上げるためには、加熱器のパイプの温
度を上げ、加熱器の熱交換性能を良くすることが
最も重要な点とされている。このため従来のスタ
ーリングエンジンの加熱器パイプは、SUS310な
どのオーステナイト系の耐熱ステンレス鋼やイン
コネル600などのニツケル基の超合金といつた耐
熱金属からなり、小径の該加熱パイプが多数円周
上に配置され、バーナで加熱されている。この場
合、該加熱パイプの各点における温度分布が均一
であれば、該加熱パイプ全体の温度を該加熱パイ
プの耐熱温度近くまで上げることができ、エンジ
ンの熱効率を向上させることができる。しかしな
がら、スターリングエンジンでは、該加熱パイプ
は、作動気体が高温で膨張し吸熱する膨張スペー
スと、作動気体が低温で圧縮され放熱する圧縮ス
ペースを連絡するものであるから、本来的に該加
熱パイプには温度勾配が生ずるものであり、また
該加熱パイプとバーナとのマツチング、即ちバー
ナ火炎の形状、燃焼ガスの流れを該加熱パイプの
温度分布が均一になるよう制御することは非常に
難しい。これらの理由により該加熱パイプの各点
の温度分布には大きなムラがあり、局部過熱され
特に高温になつた点とそうでない点では100℃か
ら300℃の温度差がついてしまつていた。従つて
局部過熱された点の温度が該加熱パイプの耐熱温
度に制限されて、該加熱パイプ全体としては温度
が低くなりエンジンの熱効率を向上させることが
できないという問題があつた。
ガス機関の加熱パイプ（熱交換パイプ）の保護装
置に関するもので、詳しくは、加熱パイプの外側
であつて、加熱火炎又は燃焼ガスに直接晒される
部分に、セラミツクスなどのような高融点非金属
材料により成形された保護カバーを装着して、加
熱火炎又は燃焼ガスが直接に加熱パイプに接触す
るのを防いで局所加熱による加熱効率（性能）の
低下を防止すると共に保護カバーによる輻射熱で
加熱パイプを加熱するように構成したものであ
る。熱ガス機関、例えばスターリングエンジンの
ような外燃エンジンでは、機関の出力を大きく
し、効率を上げるためには、加熱器のパイプの温
度を上げ、加熱器の熱交換性能を良くすることが
最も重要な点とされている。このため従来のスタ
ーリングエンジンの加熱器パイプは、SUS310な
どのオーステナイト系の耐熱ステンレス鋼やイン
コネル600などのニツケル基の超合金といつた耐
熱金属からなり、小径の該加熱パイプが多数円周
上に配置され、バーナで加熱されている。この場
合、該加熱パイプの各点における温度分布が均一
であれば、該加熱パイプ全体の温度を該加熱パイ
プの耐熱温度近くまで上げることができ、エンジ
ンの熱効率を向上させることができる。しかしな
がら、スターリングエンジンでは、該加熱パイプ
は、作動気体が高温で膨張し吸熱する膨張スペー
スと、作動気体が低温で圧縮され放熱する圧縮ス
ペースを連絡するものであるから、本来的に該加
熱パイプには温度勾配が生ずるものであり、また
該加熱パイプとバーナとのマツチング、即ちバー
ナ火炎の形状、燃焼ガスの流れを該加熱パイプの
温度分布が均一になるよう制御することは非常に
難しい。これらの理由により該加熱パイプの各点
の温度分布には大きなムラがあり、局部過熱され
特に高温になつた点とそうでない点では100℃か
ら300℃の温度差がついてしまつていた。従つて
局部過熱された点の温度が該加熱パイプの耐熱温
度に制限されて、該加熱パイプ全体としては温度
が低くなりエンジンの熱効率を向上させることが
できないという問題があつた。
一方、加熱パイプの耐熱温度を上げるため該加
熱パイプの材料をより高温に耐える材料とする試
みもなされている。例えば1000℃、10000時間で
クリープ強度が２Kg/mm2もあるような鋼種も開発
されている。しかし新鋼種は価格が非常に高く、
またこのような鋼種であつても耐熱温度は1000℃
程度が限度であると考えられる。そこで更に千数
百度の耐熱温度を求めるとするならばその材料は
セラミツクスなどの非金属材料に限られることに
なる。セラミツクスは融点が高く、耐熱性にすぐ
れ、耐食、耐酸化性にもすぐれている。しかし、
セラミツクスは延展性が小さく、高温における衝
撃性に劣る上、現在国際的に通用する強度評価の
規格すらなく、クリープ強度、熱衝撃、機械衝
撃、疲労、信頼性などまだ殆どデータが揃つてい
ないのが現状である。従つて現状技術レベルでは
セラミツクスのみで加熱パイプを構成することは
難しいと考えられる。従つて該加熱パイプにセラ
ミツク材を利用する場合は、高圧の作動ガスに対
しては耐熱金属パイプで受け、高温の火炎又は燃
焼ガスに対しては該耐熱金属パイプの外側のセラ
ミツクパイプで受けることが考えられる。
熱パイプの材料をより高温に耐える材料とする試
みもなされている。例えば1000℃、10000時間で
クリープ強度が２Kg/mm2もあるような鋼種も開発
されている。しかし新鋼種は価格が非常に高く、
またこのような鋼種であつても耐熱温度は1000℃
程度が限度であると考えられる。そこで更に千数
百度の耐熱温度を求めるとするならばその材料は
セラミツクスなどの非金属材料に限られることに
なる。セラミツクスは融点が高く、耐熱性にすぐ
れ、耐食、耐酸化性にもすぐれている。しかし、
セラミツクスは延展性が小さく、高温における衝
撃性に劣る上、現在国際的に通用する強度評価の
規格すらなく、クリープ強度、熱衝撃、機械衝
撃、疲労、信頼性などまだ殆どデータが揃つてい
ないのが現状である。従つて現状技術レベルでは
セラミツクスのみで加熱パイプを構成することは
難しいと考えられる。従つて該加熱パイプにセラ
ミツク材を利用する場合は、高圧の作動ガスに対
しては耐熱金属パイプで受け、高温の火炎又は燃
焼ガスに対しては該耐熱金属パイプの外側のセラ
ミツクパイプで受けることが考えられる。
従来から金属表面にセラミツクスをプラズマ溶
射し、セラミツクスをコーテイングし、耐熱性を
付与する方法は行なわれている。しかし、金属表
面との接着強度が小さいこと、及び耐熱衝撃性に
劣るために厚い皮膜を得られないことが大きな欠
点である。接着強度が小さいことは、金属とセラ
ミツクスが単に機械的に結合しているにすぎない
こと、及び金属とセラミツクスとの熱膨張の差が
大きいため、機械的な結合部が加熱、冷却の繰返
しにより弛むことによる。また耐熱衝撃性が劣る
のは、厚いセラミツク皮膜では熱伝導度が小さい
ために、セラミツク皮膜の内外表面の温度差が大
きくなり、引張の熱応力が発生し、容易に破壊す
ることによる。従つてセラミツクコーテイングは
剥離しやすく、また実用可能な皮膜厚さは0.5mm
程度であつて、セラミツクスの持つ長所を十分に
生かすことができていない。被覆される金属の熱
膨張係数に近いものから順に少なくとも２層のセ
ラミツク層又は金属とセラミツクスとの混合物か
らなる層を溶射被覆して、熱に対する各層間の結
合性を高め、耐熱衝撃性を向上させ皮膜の厚さを
厚くして耐熱性を改善する方法が考案されてはい
るが、セラミツクスでコーテイングされた加熱パ
イプに於ては、セラミツク材の熱伝導度が低いこ
とから、該加熱パイプ内の作動媒体ガスと燃焼ガ
ス間との総括伝熱係数が金属加熱パイプのそれに
比べて低いという本質的な欠点を有している。本
発明は、以上のべたような温度分布の不均一によ
る局部過熱の問題及びセラミツクコーテイングを
行つた場合の欠点を改善する簡単でしかも有効な
方法を提供するものである。
射し、セラミツクスをコーテイングし、耐熱性を
付与する方法は行なわれている。しかし、金属表
面との接着強度が小さいこと、及び耐熱衝撃性に
劣るために厚い皮膜を得られないことが大きな欠
点である。接着強度が小さいことは、金属とセラ
ミツクスが単に機械的に結合しているにすぎない
こと、及び金属とセラミツクスとの熱膨張の差が
大きいため、機械的な結合部が加熱、冷却の繰返
しにより弛むことによる。また耐熱衝撃性が劣る
のは、厚いセラミツク皮膜では熱伝導度が小さい
ために、セラミツク皮膜の内外表面の温度差が大
きくなり、引張の熱応力が発生し、容易に破壊す
ることによる。従つてセラミツクコーテイングは
剥離しやすく、また実用可能な皮膜厚さは0.5mm
程度であつて、セラミツクスの持つ長所を十分に
生かすことができていない。被覆される金属の熱
膨張係数に近いものから順に少なくとも２層のセ
ラミツク層又は金属とセラミツクスとの混合物か
らなる層を溶射被覆して、熱に対する各層間の結
合性を高め、耐熱衝撃性を向上させ皮膜の厚さを
厚くして耐熱性を改善する方法が考案されてはい
るが、セラミツクスでコーテイングされた加熱パ
イプに於ては、セラミツク材の熱伝導度が低いこ
とから、該加熱パイプ内の作動媒体ガスと燃焼ガ
ス間との総括伝熱係数が金属加熱パイプのそれに
比べて低いという本質的な欠点を有している。本
発明は、以上のべたような温度分布の不均一によ
る局部過熱の問題及びセラミツクコーテイングを
行つた場合の欠点を改善する簡単でしかも有効な
方法を提供するものである。
本発明においては、耐熱金属から成る加熱パイ
プに、該加熱パイプの外径よりも大なる内径を有
するセラミツクスなどの非金属材料のパイプをか
ぶせることにより、該加熱パイプが直接火炎又は
燃焼ガスにさらされることから保護して耐熱性を
もたせると同時に、セラミツクスなどの非金属材
料のパイプの輻射により該加熱パイプを均一に加
熱し、局部過熱を起こさずに該加熱パイプ全体の
温度をあげエンジンの熱効率を向上せしめんとす
るものである。
プに、該加熱パイプの外径よりも大なる内径を有
するセラミツクスなどの非金属材料のパイプをか
ぶせることにより、該加熱パイプが直接火炎又は
燃焼ガスにさらされることから保護して耐熱性を
もたせると同時に、セラミツクスなどの非金属材
料のパイプの輻射により該加熱パイプを均一に加
熱し、局部過熱を起こさずに該加熱パイプ全体の
温度をあげエンジンの熱効率を向上せしめんとす
るものである。
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図はスターリングエンジンにおける加熱部の構
造図の一例であり、デイスプレイサのシリンダヘ
ツド３と著熱器ヘツド４を結んで加熱パイプ５が
円周上に多数並んで炉体２の中に配置され、バー
ナ１によつて加熱される。本発明では第２，３図
に示すように加熱パイプ５の一部又は全部に、加
熱パイプ５の外径よりも大きい内径を有するセラ
ミツクパイプ（保護カバー）６（第２，３図のよ
うに長さの短いセラミツクパイプ６を長手方向に
連続していくつもかぶせてもよい）をかぶせる。
またセラミツクパイプのかぶせ方の別の方法とし
て第４，５図に示すようにセラミツクパイプの内
側に突起様体７を設けて、セラミツクパイプ６と
加熱パイプ５との間隙を適度に保つことも考えら
れる。
１図はスターリングエンジンにおける加熱部の構
造図の一例であり、デイスプレイサのシリンダヘ
ツド３と著熱器ヘツド４を結んで加熱パイプ５が
円周上に多数並んで炉体２の中に配置され、バー
ナ１によつて加熱される。本発明では第２，３図
に示すように加熱パイプ５の一部又は全部に、加
熱パイプ５の外径よりも大きい内径を有するセラ
ミツクパイプ（保護カバー）６（第２，３図のよ
うに長さの短いセラミツクパイプ６を長手方向に
連続していくつもかぶせてもよい）をかぶせる。
またセラミツクパイプのかぶせ方の別の方法とし
て第４，５図に示すようにセラミツクパイプの内
側に突起様体７を設けて、セラミツクパイプ６と
加熱パイプ５との間隙を適度に保つことも考えら
れる。
以上説明したように本発明の如くすれば加熱パ
イプ５は耐熱性、断熱性に優れたセラミツクパイ
プ６によつて火炎又は燃焼ガスに直接さらされな
いから、加熱パイプ５は局部過熱を起こすことも
少なく、加熱パイプ５の表面が腐食されることも
少ない。セラミツクパイプ６は、加熱パイプ５に
結合させるのでないから、加熱パイプ５の金属材
料とは関係なく、耐熱性、輻射能などの特性に優
れたセラミツク材料を選ぶことができ、またセラ
ミツクパイプ６の厚み及び加熱パイプ５との間隔
を自由にとれるから、加熱パイプ５とセラミツク
パイプ６の温度勾配を最適なものに調節すること
ができる。しかもセラミツクパイプ６の形状は円
管状にすることで製作が容易で、安価なものがで
き、装着は単にかぶせて入れるだけでよい。また
セラミツクパイプ６は固定されていないためセラ
ミツクコーテイング法でしばしば問題となつた熱
収縮、膨張によつてパイプが破損といつたトラブ
ルも生じない。
イプ５は耐熱性、断熱性に優れたセラミツクパイ
プ６によつて火炎又は燃焼ガスに直接さらされな
いから、加熱パイプ５は局部過熱を起こすことも
少なく、加熱パイプ５の表面が腐食されることも
少ない。セラミツクパイプ６は、加熱パイプ５に
結合させるのでないから、加熱パイプ５の金属材
料とは関係なく、耐熱性、輻射能などの特性に優
れたセラミツク材料を選ぶことができ、またセラ
ミツクパイプ６の厚み及び加熱パイプ５との間隔
を自由にとれるから、加熱パイプ５とセラミツク
パイプ６の温度勾配を最適なものに調節すること
ができる。しかもセラミツクパイプ６の形状は円
管状にすることで製作が容易で、安価なものがで
き、装着は単にかぶせて入れるだけでよい。また
セラミツクパイプ６は固定されていないためセラ
ミツクコーテイング法でしばしば問題となつた熱
収縮、膨張によつてパイプが破損といつたトラブ
ルも生じない。
加熱パイプ５の加熱は、従つて燃焼ガスの対流
或いはセラミツクパイプ６を通しての伝導によら
ず、セラミツクパイプ６の内壁から加熱パイプ５
の外表面への輻射による。対流或いは伝導による
場合は温度分布にどうしてもムラを生じやすい
が、輻射によればムラは少なく加熱パイプ５の温
度分布を均一にすることも容易である。またセラ
ミツク材を使えばその使用温度は1000℃以上にも
なることが予想されるが、このような高温では輻
射の効果が大きく、輻射を利用することが熱交換
性能を向上させる。
或いはセラミツクパイプ６を通しての伝導によら
ず、セラミツクパイプ６の内壁から加熱パイプ５
の外表面への輻射による。対流或いは伝導による
場合は温度分布にどうしてもムラを生じやすい
が、輻射によればムラは少なく加熱パイプ５の温
度分布を均一にすることも容易である。またセラ
ミツク材を使えばその使用温度は1000℃以上にも
なることが予想されるが、このような高温では輻
射の効果が大きく、輻射を利用することが熱交換
性能を向上させる。
以上本発明の長所をまとめると、
(1) セラミツクパイプ６は製作、装着が容易で安
価である。
価である。
(2) セラミツクパイプ６により耐熱金属からなる
加熱パイプ５は保護されるので、火炎温度又は
炉内温度を上げることができる。
加熱パイプ５は保護されるので、火炎温度又は
炉内温度を上げることができる。
(3) 高温域で有効な輻射を十分利用できる。
(4) 加熱パイプ５の加熱が輻射によるので、加熱
パイプ５の温度分布を均一にすることができ
る。
パイプ５の温度分布を均一にすることができ
る。
(5) セラミツクスは加熱パイプ５の材料との結合
性にもかかわらず、最適な性状のものを選択で
きる。
性にもかかわらず、最適な性状のものを選択で
きる。
(6) セラミツクパイプ６を固定しないで装着する
ことにより、熱収縮、膨張に対する抵抗力を強
くすることができると共にパイプを破損するお
それが殆どない。
ことにより、熱収縮、膨張に対する抵抗力を強
くすることができると共にパイプを破損するお
それが殆どない。
なお、本発明において、セラミツクパイプ６と
はその材質がセラミツクスのみ以外に、セラミツ
クスを主材として、これに耐熱金属を混入したも
のも包含している。また、セラミツクパイプ６は
実施例のように短管を連続して加熱パイプ５全体
に装着する方法以外に、加熱火炎域いは燃焼ガス
に直接晒される部分のみとしても良い。
はその材質がセラミツクスのみ以外に、セラミツ
クスを主材として、これに耐熱金属を混入したも
のも包含している。また、セラミツクパイプ６は
実施例のように短管を連続して加熱パイプ５全体
に装着する方法以外に、加熱火炎域いは燃焼ガス
に直接晒される部分のみとしても良い。
第１図はスターリングエンジンの燃焼器の断面
図、第２図は加熱パイプに保護カバー（セラミツ
クパイプ）を装着した状態の一部を示す斜視図、
第３図は第２図における一部切欠正面図、第４図
は保護カバー装着の応用例を示す縦断面図、第５
図はその横断面図である。 １…バーナ、２…炉（燃焼室）、３…デイスプ
レイサ・シリンダーヘツド、４…蓄熱器ヘツド、
５…加熱パイプ、６…セラミツクパイプ。
図、第２図は加熱パイプに保護カバー（セラミツ
クパイプ）を装着した状態の一部を示す斜視図、
第３図は第２図における一部切欠正面図、第４図
は保護カバー装着の応用例を示す縦断面図、第５
図はその横断面図である。 １…バーナ、２…炉（燃焼室）、３…デイスプ
レイサ・シリンダーヘツド、４…蓄熱器ヘツド、
５…加熱パイプ、６…セラミツクパイプ。
Claims (1)
- １ セラミツクス又はセラミツクスに耐熱性金属
を混入して得た材料によりパイプ状の保護カバー
を形成し、この保護カバーを、燃焼室の底部に配
設され、且つその内部を熱媒体が流通する加熱パ
イプの外側であつて、加熱火炎又は燃焼ガスに直
接さらされる部分に空間をおいて装着して成る熱
ガス機関における加熱パイプの保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12129478A JPS5549554A (en) | 1978-10-02 | 1978-10-02 | Protective device for heating pipe in hot gas engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12129478A JPS5549554A (en) | 1978-10-02 | 1978-10-02 | Protective device for heating pipe in hot gas engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5549554A JPS5549554A (en) | 1980-04-10 |
| JPS6128826B2 true JPS6128826B2 (ja) | 1986-07-02 |
Family
ID=14807687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12129478A Granted JPS5549554A (en) | 1978-10-02 | 1978-10-02 | Protective device for heating pipe in hot gas engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5549554A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6012087U (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-26 | 黒崎窯業株式会社 | 熱交換器 |
| JPS6079144A (ja) * | 1983-10-03 | 1985-05-04 | Mitsubishi Electric Corp | スタ−リングエンジン |
| JPS60122257A (ja) * | 1983-12-07 | 1985-06-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 熱ガス機関のヒ−タヘツド |
| US4884961A (en) * | 1985-07-30 | 1989-12-05 | Yoshino Kogyosho Co., Ltd. | Apparatus for forming plastic containers |
| US4822543A (en) * | 1985-07-30 | 1989-04-18 | Yoshino Kogyosho Co., Ltd. | Method for forming plastic containers |
| JPS6246198A (ja) * | 1985-08-21 | 1987-02-28 | Asahi Glass Co Ltd | 輻射体を備えた熱交換器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5148205A (en) * | 1974-10-23 | 1976-04-24 | Aiwa Co | Denwakaisen nyoru jidometsuseejisochi |
| JPH0513428U (ja) * | 1990-12-25 | 1993-02-23 | 倫子 石橋 | 来迎蒲団 |
-
1978
- 1978-10-02 JP JP12129478A patent/JPS5549554A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5549554A (en) | 1980-04-10 |
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