JPH0430367Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案はスターリング機関の高温熱交換器の改
良に関するものである。

（従来の技術） スターリング機関の高温熱交換器としては高温
の燃焼ガスを、燃焼室内に配設した複数のヒータ
チユーブの隙間に流通させ、熱伝達させるものが
ある。該ヒータチユーブの熱交換率を向上させる
従来技術としては、例えば特公昭59−34859号公
報に示されるように、薄い板体から成る輻射体を
複数のヒータチユーブの隙間に配設した構成が知
られている。

（考案が解決しようとする問題点） 輻射体がヒータチユーブ間に配置され、燃焼室
内の火炎から投影するとヒータチユーブの影にな
る部分が大半である。即ち、通常のガス輻射を受
ける輻射体とはならず、かえつて火炎からの輻射
伝熱を小さくするとゆう不具合があつた。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 燃焼室を形成するハウジングと該燃焼室に設置
された複数のヒータチユーブとを備え、該ヒータ
チユーブは、その内部に作動気体が封入され、か
つ該ヒータチユーブの一方の開口端及び他方の開
口端を、作動ピストンを備えた膨脹室び圧縮室に
接続されるとともに、大径筒状部と小径筒状部お
よび該大径筒状部と小径筒状部との間の底部とよ
りなる形状に配置されてなるスターリング機関の
高温熱交換器において、該燃焼室は、該ヒータチ
ユーブの該燃焼室中央に面した内側形状に沿うと
ともに、該ヒータチユーブの該各部とほぼ一定の
距離を保つて対向する位置に配置されたそれぞれ
多数の貫通孔をもつ大径円筒状壁部と小径円筒状
壁部および該大径円筒状壁部と該小径円筒状壁部
との間の水平壁部よりなる金属板製の２段円筒状
輻射部材を具備し、該燃焼室内で加熱された該輻
射部材からの輻射熱でも該ヒータチユーブを加熱
するように構成したことを特徴とするものであ
る。

本考案は燃焼室を形成するハウジングと複数の
ヒータチユーブと２段円筒状輻射部材とを主な構
成要素とする。

ハウジングは燃焼室を形成するものである。こ
の燃焼室は外部より供給された燃料を空気と混合
し燃焼させる高温室である。複数のヒータチユー
ブは熱交換器を構成するもので、該燃焼室内に配
設され、燃焼室内の燃焼熱を吸収し、ヒータチユ
ーブ内に封入された圧力作動気体を加熱するもの
である。２段円筒状輻射部材は、それぞれ多数の
貫通孔をもつ大径円筒状壁部と小径円筒状壁部お
よび該大径円筒状壁部と該小径円筒状壁部との間
の水平壁部よりなり、各壁部は、燃焼室の燃焼熱
により加熱され、輻射熱を対向する位置のヒータ
チユーブに効率良く与えるものである。円筒状輻
射部材がもつ多数の貫通孔の口径はほぼ均一であ
り、その総面積は各ヒータチユーブ間の隙間の総
面積より大きいことが好ましい。具体的には、前
記貫通孔の総面積は、貫通孔の径寸法と貫通孔の
数との積により計算される。２段円筒状輻射部材
は全面にほぼ均一な貫通孔をもつ孔あき板製また
は網製であつてもよい。２段円筒状輻射部材に形
成した孔の形状は円形、略円形、長孔形、方形、
多角形その他の種々な形状が考慮される。孔の形
状、大きさは、燃焼ガスの流れ抵抗が小さく、逆
に輻射面積の大きいものが好ましい。２段円筒状
輻射部材は大小の円筒部と環状の円板部とで孔あ
き鋼板をプレス加工によつて形成することができ
る。なお各部を組合せ式、または溶接して一体に
形成してもよい。

（作用） ハウジングの燃焼室内では、２段円筒状輻射部
材はヒータチユーブの中央部に配置されている。
このため燃焼室内においては、燃焼ガスによりま
ず２段円筒状輻射部材が加熱される。この後２段
円筒状輻射部材を加熱した燃焼ガスはヒータチユ
ーブを加熱する。なお加熱された２段円筒状輻射
部材は輻射熱を放出し熱線輻射により直接ヒータ
チユーブを加熱する。

（実施例） 本考案の１実施例を示す第１図、第２図に基づ
いて説明する。

２段円筒状輻射部材Ａは第２図に示されるよう
にハウジングＥ内の燃焼室Ｃに設置されている。
即ち、燃焼室Ｃの内周壁Ｃ１に沿つて配設された
複数のヒータチユーブ４の該燃焼室Ｃの中央に面
した内側で、かつ該複数のヒータチユーブ４の内
側に沿つて配置されている。複数のヒータチユー
ブ４は、その内部に高圧の作動気体が封入されて
いる。該ヒータチユーブ４の一方の開口端４１及
び他方の開口端４２は、各々作動ピストン（図示
されていない）を備えた４１２膨脹室及び圧縮室
４２ａに接続されている。また、複数のヒータチ
ユーブ４は、大径筒状部４４と小径筒状部４６お
よび該大径筒状部４４と該小径筒状部４６との間
の水平底部４５とよりなる形状に配置されてい
る。

そして金属板製の２段円筒状輻射部材Ａは、大
径円筒状壁部１、小径円筒状壁部３、水平壁部２
がそれぞれ複数のヒータチユーブ４によつて形成
された大径筒状部４４、小径筒状部４６、水平底
部４５に対向した位置に配設される。なお２段円
筒状輻射部材Ａは、例えば、大径円筒状壁部１と
小径円筒状壁部３の上端部３ａとを接続する環状
の水平壁部２とで構成されている。２段円筒状輻
射部材Ａを構成する大径円筒状壁部１、小径円筒
状壁部３、環状の水平壁部２には、多数の貫通孔
ａが形成されている。前記両円筒状壁部１，３の
外径ｄ１，ｄ２は、複数のヒータチユーブ４によ
つて形成された内径d′１，d′２に対しそれぞれ約
１cm程度小さく設定されている。又、円筒部３の
高さＨ２は第２図で示されるようにヒータチユー
ブ４の底面４ｂより約５mm離れた位置になるよう
に設定される。また円筒部１の高さＨ１はヒータ
チユーブ４の頂部４ａにほぼ一致する位置になる
よう設定される。

ここにおいて噴射弁５により燃焼室Ｃ内に燃料
が噴出される。かつこれと同時に外側よりんの流
入空気が空気予熱器エレメント６の流入通路６ａ
を介してスワラー７によつて旋回せられつつバー
ナータイル８内に導入する。これによつて前記燃
料と空気とは混合体となりバーナータイル８内で
図示されていない点火装置によつて着火される。
以後燃料と空気とが継続して燃料室Ｃ内に供給さ
れつづけ、該燃料は２段円筒状輻射部材の空間部
で燃焼を継続する。従つて燃焼時の火炎は２段円
筒状輻射部材で包まれた状態となる。２段円筒状
輻射部材は火炎による輻射と対流熱伝達により加
熱される。加熱された２段円筒状輻射部材Ａは温
度上昇に伴なつて外側にあるヒータチユーブ４間
で輻射熱伝達を行なう。かつヒータチユーブ４に
高性能の熱伝達を行なうと共に、２段円筒状輻射
部材Ａ自体の温度はヒータチユーブ４より少し高
いほどの温度に維持される。次に燃焼ガスは２段
円筒状輻射部材Ａの孔ａ群のひとつひとつを通り
ヒータチユーブ４側へと流出し、かつヒータチユ
ーブ４に対し対流熱伝達により熱を与え、その
後、燃焼排ガスは空気予熱器のエレメント６の流
出通路６ｂを通り燃焼用空気に熱を与え、かつ熱
交換した後排気される。

このように本考案によれば流動損失を増すこと
もなく、複数のヒータチユーブへの熱伝達量を増
大し、かつ燃焼排ガス温度も低くすることができ
るため、ヒータチユーブ全体をコンパクトにする
ことができ、燃焼室の容積を充分に大きなものと
することができスターリングエンジンの効率を向
上させ得ることができる。

（効果） 従来技術の欠点を解消するために燃焼室内にセ
ラミツク構造物を入れたり、又細孔をもつセラミ
ツク円筒を配し燃焼ガスをヒータチユーブに吹き
付け、高温熱交換器の伝熱性能を上げる方法が考
え得る。しかしセラミツク構造物の場合、固定方
法が難かしい。又一体成形すると小径の円筒や小
径の平板などの単純な形状でないと、内部の熱応
力により前記セラミツク構造物が破損する。又細
孔をもつセラミツク円筒等の使用は燃焼室内の制
圧が上がり燃料の供給圧、空気供給圧を上げる必
要が生じ消費動力を増大させる欠点がある。ここ
において本考案の場合には、 (1) ヒータチユーブの点熱面近傍に２段円筒状輻
射部材をおくため、２段円筒状輻射部材が火炎
から受熱すると同時にヒータチユーブの伝熱面
に放熱する。従つて２段円筒状輻射部材自体の
温度は1000℃以下に保持することができ、比較
的安価な金属材料で制作でき、耐久性を増すこ
とができる。

(2) ２段円筒状輻射部材は薄板（厚さ約2.0mm）
の金属材料で制作することができ、内部の熱応
力の発生が少なく、該熱応力で前記材料が破壊
することがない。

(3) ２段円筒状輻射部材がもつ孔の総開口面積が
各ヒータチユーブ間の間隙の総面積より大きい
ので燃焼室内の制圧は高くならない。

(4) このような２段円筒状輻射部材を燃焼室に設
置すると、該燃焼室内の燃焼体は、該２段円筒
状輻射部材からの輻射熱によつて２段円筒状輻
射部材に囲鐃された空間部で燃焼反応が促進さ
れ、完全燃焼することができる。

(5) 本考案によれば、従来構成で、燃焼室内のヒ
ータチユーブに対し燃焼ガスの輻射熱及び対流
熱伝達を行なう方式のものと比較した場合、ヒ
ータチユーブの燃焼室中央に面した内側に配設
した２段円筒状輻射部材の固体輻射熱によつ
て、該ヒータチユーブへの伝熱促進効果が加わ
るので熱交換効率がよくなり、この分、ヒータ
チユーブ全体をコンパクトにすることができ
る。

本考案によれば以上のような特徴ある効果を奏
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本考案の１実施例を示す説明
図で、第１図は要部外観の斜視図、第２図は要部
の使用例を示す縦断面図である。 Ａ……２段円筒状輻射部材、ａ……孔、１……
大径の円筒部、２……環状の円板部、３……小径
の円筒部、４……ヒータチユーブ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 燃焼室を形成するハウジングと、該燃焼室に
   設置された複数のヒータチユーブとを備え、該
   ヒータチユーブは、その内部に作動気体が封入
   され、かつ該ヒータチユーブの一方の開口端及
   び他方の開口端を、作動ピストンを備えた膨脹
   張室及び圧縮室に接続されるとともに、大径筒
   状部と小径筒状部および該大径筒状部と該小径
   筒状部との間の水平底部とよりなる形状に配置
   されてなるスターリング機関の高温熱交換器に
   おいて、 該燃焼室は、該ヒータチユーブの該燃焼室中
   央に面した内側形状に沿うとともに、該ヒータ
   チユーブの該各部とほぼ一定の距離を保つて対
   向する位置に配置されたそれぞれ多数の貫通孔
   をもつ大径円筒状壁部と小径円筒状壁部および
   該大径円筒状壁部と該小径円筒状壁部との間の
   水平壁部よりなる金属板製の２段円筒状輻射部
   材を具備し、該燃焼室内で加熱された該輻射部
   材からの輻射熱でも該ヒータチユーブを加熱す
   るように構成したことを特徴とするスターリン
   グ機関の高温熱交換器。 (2) 金属板製の２段円筒状輻射部材がもつ多数の
   貫通孔の口径は、ほぼ均一であり、その総面積
   は各ヒータチユーブ間の隙間の総面積より大き
   い実用新案登録請求の範囲第１項記載のスター
   リング機関の高温熱交換器。