JP3263566B2 - スターリング機器のギャップ式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリング機器に用
いられるギャップ式熱交換器の性能を向上させたスター
リング機器のギャップ式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、スターリング機器の一例を示す
概略断面図であって、１は第１ピストン、２は第２ピス
トン、３は第１ピストン１と第２ピストン２を往復運動
させる駆動部、４は第１ピストン１に前方に形成される
圧縮空間、５は第２ピストン２の前方に形成される膨張
空間５を示している。

【０００３】６は圧縮空間４と膨張空間５とを連通させ
るガス流路で、このガス流路６には、圧縮空間４側にギ
ャップ式熱交換器７を配設する一方、膨張空間５側に熱
再生器８と熱交換器９とを配設している。なお、１０は
第１ピストン１と第２ピストン２との後方空間の背圧調
整用の流路を示している。

【０００４】まず、駆動部３が駆動すると第１ピストン
１が圧縮空間４側に移動して圧縮空間４に充満するヘリ
ウムや窒素等の液化しにくい作動ガスが圧縮される。圧
縮された作動ガスは、ギャップ式熱交換器７で外気と熱
交換され冷却される。

【０００５】ギャップ式熱交換器７は、シリンダ（内側
筒体）１１の外周壁と放熱フィンを有する外側中空筒体
１２の内周壁との間にギャップ部１３を設けており、こ
のギャップ部１３を通過する熱を外部へ放出するように
なっている。

【０００６】具体的には、ギャップ式熱交換器７は、図
８に示す如く、シリンダ１１の外周壁と外側中空筒体１
２の内周壁とのギャップ部１３に熱伝導良好な材質の支
持片１３ａを４個順次嵌入させることにより、作動ガス
がギャップ部１３を通過する際に作動ガスと外気とで熱
交換させるものである（図示Ａ，Ｂ，Ｃ）。

【０００７】さらに、ガス流路６を介して作動ガスは、
熱再生器８へ流入する。熱再生器８に流入した作動ガス
は、内部の充填材を通過する際に蓄熱され作動ガスが膨
張空間５へ流入される。

【０００８】その後、膨張空間５の第２ピストン２が第
１ピストン１とある位相差を持って降下してくる。これ
によって、膨張空間５が拡張されて熱再生器８から膨張
空間５へ流入した高圧の作動ガスが急膨張して、作動ガ
スの圧力が急降下するため作動ガスが低温となる。

【０００９】やがて、第２ピストン２が上昇を開始し、
第１ピストン１が後退すると、低温の作動ガスが熱再生
器８を通って圧縮空間４へ戻る。このとき、熱再生器８
では冷熱の蓄熱がされる。

【００１０】上記した工程によって、一つの熱サイクル
が終了し、この工程が駆動部３の往復運動によって繰返
される。これにより、徐々に、膨張空間５の周辺の温度
が低温とされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
備えるギャップ式熱交換器７は、熱交換効率が極めて悪
いという問題がある。

【００１２】すなわち、図７のギャップ式熱交換器７は
図８で示すようにシリンダ１１と外側中空筒体１２との
ギャップ部１３に支持片１３ａを嵌入させているが、シ
リンダ１１と外側中空筒体１２の接触面が４ケの支持片
１３ａによるもののみであり、シリンダ１１から外側中
空筒体１２への熱伝導が少なく、また、作動ガスとの接
触面積も少ない。

【００１３】このためにシリンダ１１の外周壁からの熱
の熱伝導による放出が極めて悪く、作動ガスと外部との
熱放出も悪く、全体的にギャップ部１３を通過する作動
ガスと外部との熱交換効率が悪いという問題がある。

【００１４】そこで、本発明は、熱交換効率を向上させ
熱損失を軽減させるスターリング機器のギャップ式熱交
換器を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、内側
筒体の外周壁と放熱フィンを有する外側中空筒体の内周
壁との間にギャップを設けて、このギャップを通過する
作動ガスと外気とを熱交換させるスターリング機器のギ
ャップ式熱交換器において、波状の板体をまるめて形成
した熱伝導良好体を備え、この熱伝導良好体をギャップ
に嵌入して内側筒体と外側中空筒体との間の接触面積を
大きくすると共に、ギャップ内に作動ガスの通気路を設
けるようにしたものである。

【００１６】請求項２の発明は、内側筒体の外周壁と放
熱フィンを有する外側中空筒体の内周壁との間にギャッ
プを設けて、このギャップを通過する作動ガスと外気と
を熱交換させるスターリング機器のギャップ式熱交換器
において、内側筒体の外周壁に波状に連なる複数の突状
片を設け、これら複数の突状片を外側中空筒体の内周壁
に接触させて内側筒体と外側中空筒体との接触面積を大
きくすると共に、ギャップ内に作動ガスの通気路を設け
るようにしたものである。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２記載のスター
リング機器のギャップ式熱交換器において、内側筒体の
外周壁に形成される波状に連なる複数の突状片を筒軸方
向より斜めに設けるようにしたものである。

【００１８】

【作用】請求項１の発明によれば、作動ガスが波状の板
体からなる熱伝導良好体の通気路を通過するとき熱伝導
良好体を介して内側筒体から放熱フィンを有する外側中
空筒体へ熱伝導がされる。この場合に、熱伝導良好体に
は波板状に多くの接触面があるから内側筒体の発熱が良
好に外側中空筒体に伝導され、また、作動ガスが外部へ
良好に熱伝導され全体的に熱交換効率が向上する。

【００１９】請求項２の発明によれば、内側筒体の外周
壁に波状に連なるように形成される複数の突状片と外側
中空筒体との接触面積が大きくなるから熱伝導が良好に
行われ、熱交換効率が向上する。

【００２０】請求項３の発明によれば、内側筒体に形成
される突状片を筒軸方向より斜め方向としたから筒軸方
向と比べ、さらに、接触面積が増大し、熱交換効率が高
いギャップ式熱交換器が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２２】図１は、本発明の第１実施例を示すスター
リング機器に備えるギャップ式熱交換器の説明図であ
る。

【００２３】図示するように、ギャップ式熱交換器７Ａ
を組立てるとき、まず、シリンダ（内側筒体）１１に外
側中空筒体１２を挿入しておく（図示Ａ）。続いて、平
板１４ａを連続繰返しのコの字状に連なるように板体を
プレス等で形成する（図示Ｂの右上）。そして、外側中
空筒体１２とシリンダ１１により形成されるギャップ部
１３へ嵌入できるように平板１４ａを円状にまるめた中
空円筒状の熱伝導良好体１４を作る（図示Ｂ右下）。

【００２４】次に、熱伝導良好体１４を外側中空筒体１
２とシリンダ１１とのギャップ部１３へ嵌入する（図示
Ｃ）。これによって、ギャップ式熱交換器７Ａが完成
し、図７に示す如くのスターリング機器に装備される。

【００２５】なお、図２に示すように熱伝導良好体１４
は、鉄板に銅メッキを施してあり、これをシリンダ１１
の外周壁１１ａと外側中空筒体１２の内周壁１２ａとに
ロー付けをして固定している。また、熱伝導良好体１４
は図２のようにコの字でなくても図３に示す三角形の連
続繰返し形状でもよく、図４に示す正弦波形のようなも
のでもよく熱伝導良好な金属によって熱伝導面積が増大
し、かつ、作動ガスの通気路が確保できるものであれば
よい。

【００２６】このような熱伝導良好体１４の介在により
シリンダ１１の外側中空筒体１２の内周壁１２ａとの間
の熱伝導面積が大幅に増大し、熱伝導効率が大幅に改善
される。

【００２７】図５は、本発明の第２実施例を示すスター
リング機器に備えるギャップ式熱交換器の説明図であ
る。

【００２８】図示するように、シリンダ（内側筒体）１
１Ａは、外周壁に筒軸方向に対して平行に細長の突片状
の熱伝導片１１Ａａを外周壁の全面に連ねて形成する
（図示Ａ右側）。このシリンダ１１Ａを外側中空筒体１
２の内側に嵌入してギャップ式熱交換器７Ｂを完成する
（図示Ｂ）。このギャップ式熱交換器７Ｂは、図７に示
す如くのスターリング機器へ装備される。これによれ
ば、熱伝導片１１Ａａが多数の波状に連ねているため接
触面積が大きく、伝熱量も大きく熱交換器の効率が向上
する。

【００２９】図６は、本発明の第３実施例を示すもの
で、図６は図５に示す第２実施例のシリンダ（内側筒
体）１１Ａと外壁を異にしたシリンダ（内側筒体）１１
Ｂとするものである。

【００３０】すなわち、図示するシリンダ（内側筒体）
１１Ｂは、外周壁に筒軸方向に対して斜めに細長の突状
片の熱伝導片１１Ｂａが全周に波状に連なって形成され
ている。この熱伝導片１１Ｂａが形成されるシリンダ１
１Ｂは、図５の外側中空筒体１２へ挿入されギャップ式
熱交換器となる。

【００３１】この構成によれば、熱伝導片１１Ｂａとの
表面積が第２実施例による熱伝導片１１Ａａより大きい
から接触面積が増大して、さらに、熱交換の効率が向上
することができ、また、作動ガスの通気路も確保でき
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、波状の板体をまるめて形成した熱伝導良好体がギ
ャップに嵌入されているために内側筒体と外側中空筒体
の熱伝導面積が大きく、熱伝導が良好に行われ、熱交換
効率を向上させることができる。

【００３３】また、請求項２の発明によれば、内側筒体
の外周壁に形成される突状片と外側中空筒体との接触面
積が大きいから熱伝導が良好に行われ、熱交換効率が向
上する。

【００３４】請求項３の発明によれば、内側筒体の外周
壁に形成される突状片を筒軸方向より斜め方向としたか
ら筒軸方向と比べ、さらに、接触面積が増大し、熱交換
効率が高いギャップ式熱交換器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すギャップ式熱交換器
の説明図。

【図２】図１のギャップ式熱交換器に備える熱伝導良好
体の第１の例を示す説明図。

【図３】図１のギャップ式熱交換器に備える熱伝導良好
体の第２の例を示す説明図。

【図４】図１のギャップ式熱交換器に備える熱伝導良好
体の第３の例を示す説明図。

【図５】本発明の第２実施例を示すギャップ式熱交換器
の説明図。

【図６】本発明の第３実施例を示すギャップ式熱交換器
の説明図。

【図７】ギャップ式熱交換器を備えるスターリング機器
を示す概略説明図。

【図８】従来のギャップ式熱交換器を示す説明図。

【符号の説明】

１ 第１ピストン ２ 第２ピストン ３ 駆動部 ４ 圧縮空間 ５ 膨張空間 ６ ガス流路 ７，７Ａ，７Ｂ ギャップ式熱交換器 ８ 熱再生器 ９ 熱交換器 １０ 流路（背圧ガス用） １１，１１Ａ．１１Ｂ シリンダ（内側筒体） １１Ａａ，１１Ｂａ 熱伝導片 １２ 外側中空筒体 １３ ギャップ部 １３ａ 支持片 １４ 熱伝導良好体 １４ａ 平板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−280815（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−12267（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187350（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−167974（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/14 520 F02G 1/055 F25B 9/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側筒体の外周壁と放熱フィンを有する
   外側中空筒体の内周壁との間にギャップを設けて、この
   ギャップを通過する作動ガスと外気とで熱交換させるス
   ターリング機器のギャップ式熱交換器において、 波状の板体をまるめて形成した熱伝導良好体を備え、 この熱伝導良好体を前記ギャップに嵌入して前記内側筒
   体と外側中空筒体との間の接触面積を大きくすると共
   に、前記ギャップ内に作動ガスの通気路を設けたことを
   特徴とするスターリング機器のギャップ式熱交換器。
2. 【請求項２】 内側筒体の外周壁と放熱フィンを有する
   外側中空筒体の内周壁との間にギャップを設けて、この
   ギャップを通過する作動ガスと外気とで熱交換させるス
   ターリング機器のギャップ式熱交換器において、 前記内側筒体の外周壁に波状に連なる複数の突状片を設
   け、これら複数の突状片を前記外側中空筒体の内周壁に
   接触させて前記内側筒体と外側中空筒体との接触面積を
   大きくすると共に、前記ギャップ内に作動ガスの通気路
   を設けたことを特徴とするスターリング機器のギャップ
   式熱交換器。
3. 【請求項３】 内側筒体の外周壁に形成される波状に連
   なる複数の突状片を筒軸方向より斜めに設けることを特
   徴とする請求項２記載のスターリング機器のギャップ式
   熱交換器。