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JP2011202640A - Heat exchanger of stirling engine - Google Patents

Heat exchanger of stirling engine Download PDF

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JP2011202640A
JP2011202640A JP2010073182A JP2010073182A JP2011202640A JP 2011202640 A JP2011202640 A JP 2011202640A JP 2010073182 A JP2010073182 A JP 2010073182A JP 2010073182 A JP2010073182 A JP 2010073182A JP 2011202640 A JP2011202640 A JP 2011202640A
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JP
Japan
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heat transfer
stirling engine
transfer tube
falling
heat exchanger
Prior art date
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Application number
JP2010073182A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yaguchi
寛 矢口
Daisaku Sawada
大作 澤田
Masaaki Katayama
正章 片山
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

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Abstract

【課題】複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、また配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制可能なスターリングエンジンの熱交換器を提供する。
【解決手段】加熱器は、2気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された2つの気筒間で、スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の伝熱管71Aからなる伝熱管群70Aを備えている。伝熱管群70Aは、立ち上がり部G1と、立ち下がり部G2と、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを裏返すようにして結ぶ折り返し部G3とを備えている。加熱器47Aは、折り返し部G3において複数の伝熱管71Aを固定する固定板72を備えている。
【選択図】図3
It is possible to provide a high-density pipe group composed of a plurality of pipes, thereby improving heat exchange performance, and preventing or suppressing generation of noise and wear due to contact between pipes. Provide heat exchanger for Stirling engine.
A heater includes a heat transfer tube group consisting of a plurality of heat transfer tubes that allow a working fluid of the Stirling engine to flow between two cylinders arranged in series and provided in a two-cylinder α-type Stirling engine. ing. The heat transfer tube group 70A includes a rising portion G1, a falling portion G2, and a folded portion G3 that connects the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to be reversed. The heater 47A includes a fixing plate 72 that fixes the plurality of heat transfer tubes 71A in the folded portion G3.
[Selection] Figure 3

Description

本発明はスターリングエンジンの熱交換器に関し、特に2気筒α型のスターリングエンジンが備える2つの気筒間で該スターリングエンジンの動作流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備えたスターリングエンジンの熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat exchanger for a Stirling engine, and in particular, heat exchange of a Stirling engine having a group of pipes that allow a working fluid of the Stirling engine to flow between two cylinders of the two-cylinder α-type Stirling engine. Related to the vessel.

近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンは高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。スターリングエンジンの熱交換器に関し、複数の配管を備えた熱交換器に関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献1で開示されている。またこのほか、熱交換性能に関する技術として本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献2で開示されている。   In recent years, Stirling engines with excellent theoretical thermal efficiency have attracted attention in order to recover exhaust heat and factory exhaust heat of internal combustion engines mounted on vehicles such as passenger cars, buses, and trucks. Stirling engines can be expected to have high thermal efficiency, and because they are external combustion engines that heat the working fluid from the outside, they can utilize various low-temperature differential energy alternatives such as solar, geothermal, and exhaust heat regardless of the heat source, saving energy. There is an advantage that helps. For example, Patent Document 1 discloses a technique that is considered to be related to the present invention in that it relates to a heat exchanger for a Stirling engine and is related to a heat exchanger that includes a plurality of pipes. In addition, for example, Patent Literature 2 discloses a technology that is considered to be related to the present invention as a technology related to heat exchange performance.

特開2005−108358号公報JP 2005-108358 A 特開2009−7778号公報JP 2009-7778 A

ところで、2つの気筒が直列平行に配置された2気筒α型のスターリングエンジンにおいて、多管式熱交換器(shell and tube exchanger, tubular exchanger)を用いて2つの気筒間で作動流体を流通させるにあたっては、例えば熱交換器の形状を概ねU字形の形状とすることが考えられる。この点、かかる形状は2つの気筒が直列平行に配置された2気筒α型のスターリングエンジンの構成に照らしても構造上、合理的であると考えられる。しかしながら、概ねU字形の形状を有する熱交換器の場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも配管長が短くなり、流通抵抗が小さくなる。このためこの場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも作動流体の流量が大きくなる。またこの場合には、内側に位置する配管を流通する作動流体のほうが、外側に位置する配管を流通する作動流体よりも熱交換時間が短くなる。すなわちこの場合には、このようにして内側に位置する配管を流通する作動流体の作用が相対的に大きくなることで、スターリングエンジンの熱効率が低下するという問題がある。   In a two-cylinder α-type Stirling engine in which two cylinders are arranged in series and parallel, a working fluid is circulated between the two cylinders using a shell and tube exchanger or a tubular exchanger. For example, it is conceivable that the shape of the heat exchanger is substantially U-shaped. In this respect, such a shape is considered structurally reasonable even in light of the configuration of a two-cylinder α-type Stirling engine in which two cylinders are arranged in series and parallel. However, in the case of a heat exchanger having a generally U-shape, the pipe length located on the inner side is shorter than the pipe located on the outer side, and the flow resistance is reduced. For this reason, in this case, the flow rate of the working fluid is larger in the pipe located on the inner side than in the pipe located on the outer side. In this case, the heat exchange time for the working fluid flowing through the piping located on the inner side is shorter than that for the working fluid flowing through the piping located on the outer side. In other words, in this case, there is a problem that the thermal efficiency of the Stirling engine is lowered by the action of the working fluid flowing through the piping located inside in this way becoming relatively large.

これに対して、例えば特許文献1が開示する技術は、かかる問題を解決できると考えられる。しかしながら、特許文献1の開示技術では、例えば当該特許文献1の実施例1で具体的に開示されている構造など、適用する構造次第では、管同士の干渉が問題となることから熱交換器により多くの管を設けることが困難となり、この結果、より高い熱交換性能を得ることが困難になる場合があると考えられる。このため、2つの気筒が直列平行に配置された2気筒α型のスターリングエンジンについては、上述した熱効率の低下を招くことなく、複数の配管からなる配管群を高密度に備えることが可能な熱交換器が望まれる。また、この場合には例えばスターリングエンジンを車両に搭載した場合に、配管同士が振動により接触する結果、騒音や摩耗の発生が懸念されることから、かかる騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できることが望まれる。   On the other hand, for example, the technique disclosed in Patent Document 1 is considered to solve such a problem. However, in the disclosed technology of Patent Document 1, depending on the structure to be applied, such as the structure specifically disclosed in Example 1 of Patent Document 1, interference between tubes becomes a problem because of the heat exchanger. It becomes difficult to provide many tubes, and as a result, it may be difficult to obtain higher heat exchange performance. For this reason, in a two-cylinder α-type Stirling engine in which two cylinders are arranged in parallel in parallel, heat that can provide a high-density pipe group composed of a plurality of pipes without causing the above-described reduction in thermal efficiency. An exchanger is desired. Also, in this case, for example, when a Stirling engine is mounted on a vehicle, there is a concern about the occurrence of noise and wear as a result of the pipes coming into contact with each other by vibration. Therefore, the occurrence of such noise and wear can be prevented or suppressed. desired.

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、また配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制可能なスターリングエンジンの熱交換器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to provide a high-density pipe group composed of a plurality of pipes, thereby improving heat exchange performance, and contact between pipes. It is an object of the present invention to provide a heat exchanger for a Stirling engine that can prevent or suppress the generation of noise and wear due to the above.

上記課題を解決するための本発明は2気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された2つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器である。   The present invention for solving the above-mentioned problems includes a pipe group composed of a plurality of pipes for flowing the working fluid of the Stirling engine between two cylinders arranged in series and parallel provided in a two-cylinder α-type Stirling engine. When the piping group is viewed as extending from one end of the piping group, a rising portion that extends to rise, a falling portion that extends to fall, the rising portion and the falling A heat exchanger of a Stirling engine provided with a connecting part that connects the parts so as to be reversed, and a fixing member that fixes the plurality of pipes at the connecting part.

また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定する構成であることが好ましい。   Further, in the present invention, when the piping group includes a plurality of the connection portions and the connection portion is viewed as extending from one end, the falling portion is turned over with respect to the rising portion. The rising portion and the falling portion, or the connecting portion, when viewed as extending from one end of the connecting portion, the rising portion is turned over with respect to the falling portion. Thus, it is preferable that the fixing member is configured to fix the plurality of pipes in at least one of the connecting portions connecting the rising portion and the falling portion.

また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けた構成であることが好ましい。   Further, in the present invention, when the piping group includes a plurality of the connecting portions and the connecting portion is viewed as extending from one end, the rising portion is turned over with respect to the falling portion. In the connecting portion connecting the rising portion and the falling portion, the fixing member fixes the plurality of pipes, and more than the core portion composed of the rising portion, the falling portion, and the connecting portion, The space formed between the core portion and the Stirling engine main body may be configured such that a rectifying member that rectifies the fluid constituting the high-temperature heat source is further provided on the fixing member so that the flow rate is reduced. preferable.

また本発明は前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねる構成であることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the fixing member also serves as a positioning with a passage member through which a fluid constituting the high-temperature heat source flows.

また本発明は前記複数の配管がクランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記2つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、前記2つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして4気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられる構成であることが好ましい。   According to the present invention, the plurality of pipes are provided with respect to a pipe connection port provided so as to be arranged in a straight line along the extending direction of the crank axis, and the heat transfer pipe group has a bore of the two cylinders in a top view. It is preferable that the two cylinders are provided so as to protrude from each other, and the two cylinders are arranged in series along the extending direction of the crankshaft line, and are provided in a Stirling engine having four or more cylinders. .

本発明によれば、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることができる。また本発明によれば、配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the high-density piping group which consists of several piping, and can improve heat exchange performance by it. Moreover, according to this invention, generation | occurrence | production of the noise and wear by contact between piping can be prevented or suppressed.

実施例1にかかる加熱器を備えたスターリングエンジンを示す図である。It is a figure which shows the Stirling engine provided with the heater concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかるスターリングエンジンのピストン・クランク部の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a piston / crank portion of a Stirling engine according to Embodiment 1. FIG. 実施例1にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heat exchanger tube and heat exchanger tube group concerning Example 1. FIG. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. 実施例1にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heater concerning Example 1 concretely. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. 実施例2にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heat exchanger tube and heat exchanger tube group concerning Example 2. FIG. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. 実施例2にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heater concerning Example 2 concretely. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. 実施例3にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heat exchanger tube and heat exchanger tube group concerning Example 3. FIG. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. 実施例3にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図となっている。It is a figure which shows the heater concerning Example 3 concretely. In addition, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本実施例にかかるスターリングエンジンの熱交換器である加熱器47Aを備えたスターリングエンジン10Aを模式的に示す図である。スターリングエンジン10Aは、2気筒α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン10Aは、クランク軸線CLの延伸方向と気筒配列方向Xとが互いに平行になるように直列平行に配置された2つの気筒である高温側気筒20および低温側気筒30を有している。高温側気筒20は膨張ピストン21と高温側シリンダ22とを、低温側気筒30は圧縮ピストン31と低温側シリンダ32とをそれぞれ備えている。圧縮ピストン31は、膨張ピストン21に対して、クランク角で90°程度遅れて動くように位相差が設けられている。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a Stirling engine 10A including a heater 47A that is a heat exchanger of the Stirling engine according to the present embodiment. The Stirling engine 10A is a two-cylinder α-type Stirling engine. The Stirling engine 10A has a high temperature side cylinder 20 and a low temperature side cylinder 30 which are two cylinders arranged in series and parallel so that the extending direction of the crank axis CL and the cylinder arrangement direction X are parallel to each other. The high temperature side cylinder 20 includes an expansion piston 21 and a high temperature side cylinder 22, and the low temperature side cylinder 30 includes a compression piston 31 and a low temperature side cylinder 32. The compression piston 31 is provided with a phase difference so as to move with a delay of about 90 ° in crank angle with respect to the expansion piston 21.

高温側シリンダ22の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器47Aで加熱された作動流体が流入する。加熱器47Aは本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管100の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン10Aは、排気ガスの流通方向V1に対して、クランク軸線CLの延伸方向(換言すれば気筒配列方向X)が平行になるように配置されている。加熱器47Aにおいて、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
低温側シリンダ32の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器45で冷却された作動流体が流入する。
再生器46は、膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器46は具体的には、作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。
作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばHe、H、N等の気体を適用することができる。
The upper space of the high temperature side cylinder 22 is an expansion space. The working fluid heated by the heater 47A flows into the expansion space. In the present embodiment, the heater 47A is specifically disposed inside an exhaust pipe 100 of a gasoline engine mounted on a vehicle. In this regard, the Stirling engine 10A is arranged such that the extending direction of the crank axis CL (in other words, the cylinder arrangement direction X) is parallel to the exhaust gas flow direction V1. In the heater 47A, the working fluid is heated by thermal energy recovered from the exhaust gas that is a fluid constituting the high-temperature heat source.
The upper space of the low temperature side cylinder 32 is a compression space. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space.
The regenerator 46 exchanges heat with the working fluid reciprocating between the expansion space and the compression space. Specifically, the regenerator 46 receives heat from the working fluid when the working fluid flows from the expansion space to the compression space, and releases the stored heat to the working fluid when the working fluid flows from the compression space to the expansion space. .
Air is applied to the working fluid. However, the present invention is not limited to this, and a gas such as He, H 2 , or N 2 can be applied to the working fluid.

次にスターリングエンジン10Aの動作について説明する。加熱器47Aで作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン21が圧下され、これにより駆動軸(クランクシャフト)113の回動が行われる。次に膨張ピストン21が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器47Aを通過して再生器46に移送され、そこで熱を放出して冷却器45へと流れる。冷却器45で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン31の上昇行程に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器46から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器47Aへ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン10Aが動作する。   Next, the operation of the Stirling engine 10A will be described. When the working fluid is heated by the heater 47A, the working fluid expands and the expansion piston 21 is pressed down, whereby the drive shaft (crankshaft) 113 is rotated. Next, when the expansion piston 21 moves up, the working fluid passes through the heater 47A and is transferred to the regenerator 46, where it releases heat and flows to the cooler 45. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space, and is further compressed as the compression piston 31 moves upward. The working fluid thus compressed rises in temperature while taking heat from the regenerator 46 and flows into the heater 47A, where it is heated and expanded again. That is, the Stirling engine 10A operates through the reciprocating flow of the working fluid.

ところで、本実施例ではスターリングエンジン10Aの熱源が車両の内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン10Aを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン10Aの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン10Aの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ22、32とピストン21、31との間で気体潤滑を行っている。   By the way, in this embodiment, since the heat source of the Stirling engine 10A is exhaust gas of the internal combustion engine of the vehicle, the amount of heat to be obtained is limited, and it is necessary to operate the Stirling engine 10A within the range of the obtained amount of heat. . Therefore, in this embodiment, the internal friction of the Stirling engine 10A is reduced as much as possible. Specifically, gas lubrication is performed between the cylinders 22 and 32 and the pistons 21 and 31 in order to eliminate the friction loss due to the piston ring having the largest friction loss among the internal friction of the Stirling engine 10A.

気体潤滑ではシリンダ22、32とピストン21、31の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力(分布)を利用して,ピストン21、31を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン10Aの内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。   In the gas lubrication, the pistons 21 and 31 are made to float in the air by using the pressure (distribution) of air generated by a minute clearance between the cylinders 22 and 32 and the pistons 21 and 31. Since the gas lubrication has an extremely small sliding resistance, the internal friction of the Stirling engine 10A can be greatly reduced. Specifically, for example, static pressure gas lubrication in which a pressurized fluid is ejected and the object is floated by the generated static pressure can be applied to the gas lubrication that floats the object in the air. However, the present invention is not limited to this, and the gas lubrication may be, for example, dynamic pressure gas lubrication.

気体潤滑が行われるシリンダ22、32とピストン21、31との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン10Aの作動流体が介在している。ピストン21、31それぞれは、気体潤滑によりシリンダ22、32と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン21、31の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。   The clearance between the cylinders 22 and 32 where the gas lubrication is performed and the pistons 21 and 31 is several tens of μm. Then, the working fluid of the Stirling engine 10A is interposed in this clearance. Each of the pistons 21 and 31 is supported in a non-contact state or an allowable contact state with the cylinders 22 and 32 by gas lubrication. Therefore, a piston ring is not provided around the pistons 21 and 31, and lubricating oil generally used with the piston ring is not used. In gas lubrication, the airtightness of each of the expansion space and the compression space is maintained by minute clearance, and clearance sealing is performed without a ring and without an oil.

さらにピストン21、31とシリンダ22、32とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン21、31およびシリンダ22、32同士で線膨張率が同じ金属(ここではSUS)が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。   Further, both the pistons 21 and 31 and the cylinders 22 and 32 are made of metal. Specifically, in this embodiment, the corresponding pistons 21 and 31 and the cylinders 22 and 32 have the same linear expansion coefficient (here, SUS). Has been applied. Thereby, even if there is thermal expansion, it is possible to perform gas lubrication while maintaining an appropriate clearance.

ところで気体潤滑の場合、負荷能力が小さいことから、ピストン21、31のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。すなわち、気体潤滑を行う場合にはシリンダ22、32の直径方向(横方向,スラスト方向)の力に耐える能力(耐圧能力)が低くなるため、シリンダ22、32の軸線に対するピストン21、31の直線運動精度が高い必要がある。   By the way, in the case of gas lubrication, since the load capacity is small, the side force of the pistons 21 and 31 must be made substantially zero. That is, when performing gas lubrication, the ability of the cylinders 22 and 32 to withstand the force in the diametrical direction (lateral direction and thrust direction) (pressure resistance ability) is reduced. The motion accuracy needs to be high.

このため、本実施例ではピストン・クランク部にグラスホッパの機構50を採用している。直線運動を実現する機構にはグラスホッパの機構50のほか例えばワットの機構があるが、グラスホッパの機構50は他の機構に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に本実施例のスターリングエンジン10Aは、自動車の床下といった限られたスペースに設置されることになるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。またグラスホッパの機構50は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらにグラスホッパの機構50は機構の構成が比較的簡単であるため、構成(製造・組み立て)し易いという利点も有する。   For this reason, in this embodiment, a grasshopper mechanism 50 is employed in the piston / crank portion. In addition to the glass hopper mechanism 50, for example, a watt mechanism is available as a mechanism for realizing the linear motion, but the size of the mechanism required for obtaining the same linear motion accuracy is smaller than that of the other mechanisms. As a result, the entire apparatus can be made compact. In particular, since the Stirling engine 10A of this embodiment is installed in a limited space such as under the floor of an automobile, the degree of freedom of installation increases when the entire apparatus is compact. The grasshopper mechanism 50 is advantageous in terms of fuel consumption because the weight of the mechanism required to obtain the same linear motion accuracy is lighter than that of the other mechanisms. Further, the grasshopper mechanism 50 has an advantage that the structure (manufacturing and assembly) is easy because the structure of the mechanism is relatively simple.

図2はスターリングエンジン10Aのピストン・クランク部の概略構成を模式的に示す図である。なお、ピストン・クランク部には高温側気筒20側と低温側気筒30側とで共通の構成を採用しているため、以下では、高温側気筒20側についてのみ説明し、低温側気筒30側についての説明は省略する。近似直線機構は、グラスホッパの機構50と、コネクティングロッド110と、エクステンションロッド111と、ピストンピン112とを備えている。膨張ピストン21は、コネクティングロッド110、エクステンションロッド111およびピストンピン112を介して駆動軸113に接続されている。具体的には、膨張ピストン21はピストンピン112を介してエクステンションロッド111の一端側に接続されている。そして、エクステンションロッド111の他端側にはコネクティングロッド110の小端部110aが接続されている。そして、コネクティングロッド110の大端部110bが駆動軸113に接続されている。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a piston / crank portion of the Stirling engine 10A. Since the piston / crank portion employs a common configuration for the high temperature side cylinder 20 side and the low temperature side cylinder 30 side, only the high temperature side cylinder 20 side will be described below, and the low temperature side cylinder 30 side will be described. Description of is omitted. The approximate linear mechanism includes a grasshopper mechanism 50, a connecting rod 110, an extension rod 111, and a piston pin 112. The expansion piston 21 is connected to the drive shaft 113 via a connecting rod 110, an extension rod 111, and a piston pin 112. Specifically, the expansion piston 21 is connected to one end side of the extension rod 111 via a piston pin 112. A small end portion 110 a of the connecting rod 110 is connected to the other end side of the extension rod 111. The large end portion 110 b of the connecting rod 110 is connected to the drive shaft 113.

膨張ピストン21の往復運動は、コネクティングロッド110によって駆動軸113に伝達され、ここで回転運動に変換される。コネクティングロッド110はグラスホッパの機構50によって支持されており、膨張ピストン21を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド110をグラスホッパの機構50によって支持することにより、膨張ピストン21のサイドフォースFがほとんどゼロになる。このため、負荷能力の小さい気体潤滑を行う場合でも十分に膨張ピストン21を支持することができる。   The reciprocating motion of the expansion piston 21 is transmitted to the drive shaft 113 by the connecting rod 110, where it is converted into a rotational motion. The connecting rod 110 is supported by a grasshopper mechanism 50 and reciprocates the expansion piston 21 linearly. Thus, by supporting the connecting rod 110 by the grasshopper mechanism 50, the side force F of the expansion piston 21 becomes almost zero. For this reason, even when performing gas lubrication with a small load capacity, the expansion piston 21 can be sufficiently supported.

次に、加熱器47Aについて図3を用いてさらに具体的に説明する。ここで、加熱器47Aは多管式熱交換器となっており、作動流体を流通させる複数の配管に相当する複数の伝熱管71Aを備える。伝熱管71Aは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねV字状の形状を有している。伝熱管71Aの一端には第1の作動流体出入口P1が、他端には第2の作動流体出入口P2が設けられている。伝熱管71Aには具体的にはSUSチューブが用いられている。   Next, the heater 47A will be described more specifically with reference to FIG. Here, the heater 47A is a multi-tube heat exchanger, and includes a plurality of heat transfer tubes 71A corresponding to a plurality of pipes through which the working fluid flows. The heat transfer tube 71A has an axisymmetric shape with respect to its central axis, and specifically has a generally V-shaped shape. A first working fluid inlet / outlet P1 is provided at one end of the heat transfer tube 71A, and a second working fluid inlet / outlet P2 is provided at the other end. Specifically, a SUS tube is used as the heat transfer tube 71A.

そして、複数の伝熱管71Aは伝熱管群70Aを構成する。なお、図3では説明の便宜上、伝熱管群70Aを構成する複数の伝熱管71Aとして5本の伝熱管71Aを示すとともに、2つの伝熱管群70Aを示している。伝熱管群70Aは具体的には1列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管71Aで構成される。さらに具体的には伝熱管群70Aは、互いに直列平行に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管71Aで構成される。この点、伝熱管群70Aを構成する複数の伝熱管71Aは、具体的には気筒配列方向Xに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管71Aそれぞれは、図3(a)に示すように気筒配列方向Xを水平方向に合わせて気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに直交する方向Zに沿って見た場合に、左右対称な形状になっている。伝熱管群70Aを構成する複数の伝熱管71Aそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。伝熱管群70Aは、立ち上がり部G1と、立ち下がり部G2と、折り返し部G3と、一端部G4と、他端部G5とを備えている。   The plurality of heat transfer tubes 71A constitute a heat transfer tube group 70A. In FIG. 3, for convenience of explanation, five heat transfer tubes 71A are shown as a plurality of heat transfer tubes 71A constituting the heat transfer tube group 70A, and two heat transfer tube groups 70A are shown. Specifically, the heat transfer tube group 70 </ b> A includes a plurality of heat transfer tubes 71 </ b> A arranged so as to form a one-row assembly. More specifically, the heat transfer tube group 70 </ b> A includes a plurality of heat transfer tubes 71 </ b> A arranged in series and at equal intervals. In this regard, the plurality of heat transfer tubes 71A constituting the heat transfer tube group 70A are specifically arranged in series along the cylinder arrangement direction X. Accordingly, each of the plurality of heat transfer tubes 71A is viewed when viewed along a direction Z perpendicular to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y with the cylinder arrangement direction X aligned with the horizontal direction as shown in FIG. The shape is symmetrical. Each of the plurality of heat transfer tubes 71A constituting the heat transfer tube group 70A has the same length and the same shape. The heat transfer tube group 70A includes a rising portion G1, a falling portion G2, a folded portion G3, one end G4, and the other end G5.

立ち上がり部G1は、伝熱管群70Aが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸した中間の部分となっている。立ち上がり部G1は、具体的には伝熱管71Aのうち、気筒延伸方向Yにおいて一端から離れるように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Xにおいて他端に近づくように延伸することで、立ち上がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。このように構成された立ち上がり部G1は、第1の平面S1に沿って配置されている。第1の平面S1は気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに平行な平面となっている。   The rising portion G1 is an intermediate portion that extends so as to rise when the heat transfer tube group 70A is viewed as extending from one end. Specifically, when the rising portion G1 of the heat transfer tube 71A is viewed as extending away from one end in the cylinder extending direction Y, the rising portion G1 is extended toward the other end in the cylinder arranging direction X. The intermediate portions extending so as to stand up are formed so as to be arranged in a row along the cylinder arrangement direction X. The rising portion G1 configured in this way is arranged along the first plane S1. The first plane S1 is a plane parallel to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y.

立ち下がり部G2は、伝熱管群70Aが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち下がるように延伸した中間の部分となっている。立ち下がり部G2は、具体的には伝熱管71Aのうち、気筒延伸方向Yにおいて他端に近づくように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Xにおいて一端から離れるように延伸することで、立ち下がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。立ち下がり部G2は第2の平面S2に沿って配置されている。第2の平面S2は気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに平行な、すなわち第1の平面S1と平行な平面となっている。   The falling portion G2 is an intermediate portion that extends so as to fall when the heat transfer tube group 70A is viewed as extending from one end. Specifically, when the falling portion G2 is viewed as extending closer to the other end in the cylinder extending direction Y in the heat transfer tube 71A, the falling portion G2 extends away from one end in the cylinder arranging direction X. Thus, the intermediate portions extending so as to fall are arranged so as to be arranged in a row along the cylinder arrangement direction X. The falling portion G2 is disposed along the second plane S2. The second plane S2 is a plane parallel to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y, that is, a plane parallel to the first plane S1.

折り返し部G3は、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを折り返すようにして結ぶ部分となっている。この点、折り返し部G3は、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを裏返すようにして結ぶ接続部に相当している。折り返し部G3は具体的には、伝熱管71Aのうち、立ち上がり部G1を形成する部分と、立ち下がり部G2を形成する部分とを結ぶ部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。この点、折り返し部G3は、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを気筒延伸方向Yにおいて同じ高さで結ぶようになっている。また折り返し部G3は、折り返しによって伝熱管群70Aに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Z中央の位置に頂部が形成されるようになっている。   The folded portion G3 is a portion that connects the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to be folded back. In this regard, the folded portion G3 corresponds to a connecting portion that connects the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to be reversed. Specifically, the folded portion G3 includes a portion connecting the portion forming the rising portion G1 and the portion forming the falling portion G2 in the heat transfer tube 71A in a row along the cylinder arrangement direction X. It is formed by being arranged so as to form a set. In this respect, the turning portion G3 connects the rising portion G1 and the falling portion G2 at the same height in the cylinder extending direction Y. The folded portion G3 is convex in the same direction as the convex shape formed in the heat transfer tube group 70A by folding, and a top is formed at the center in the direction Z.

折り返し部G3は、立ち上がり部G1および立ち下がり部G2が連なる一対の折り曲げ端部Eを備えている。一対の折り曲げ端部Eは互いにオフセットしており、具体的には方向Zをオフセット方向として互いに均等にオフセットしている。また一対の折り曲げ端部Eのオフセット間隔は、オフセット方向において立ち上がり部G1および立ち下がり部G2の間に隙間を形成可能な間隔Wに設定されている。このため、第1および第2の平面S1、S2も間隔Wのオフセット間隔を有し、第1の平面S1に沿って配置された立ち上がり部G1と、第1の平面S1と平行な第2の平面S2に沿って配置された立ち下がり部G2とは間隔Wのオフセット間隔を有することで、図3(b)に示すように気筒配列方向Xに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。   The folded portion G3 includes a pair of bent end portions E in which a rising portion G1 and a falling portion G2 are continuous. The pair of bent ends E are offset from each other, specifically, are offset equally from each other with the direction Z as the offset direction. The offset interval between the pair of bent ends E is set to an interval W that can form a gap between the rising portion G1 and the falling portion G2 in the offset direction. For this reason, the first and second planes S1 and S2 also have an offset interval of the interval W, and the rising portion G1 disposed along the first plane S1 and the second plane parallel to the first plane S1. The falling portion G2 arranged along the plane S2 has an offset interval of the interval W, and as shown in FIG. 3 (b), there is a gap in the offset direction when viewed along the cylinder arrangement direction X. Is provided.

一端部G4は高温側気筒20側に設けられる端部となっている。一端部G4は具体的には、伝熱管71Aのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する一端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第1の平面S1側へ向かって、気筒配列方向Xに直交しつつ気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち上がり部G1を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部G5は低温側気筒30側に設けられる端部となっている。他端部G5は具体的には、伝熱管71Aのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する他端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第2の平面S2側へ向かって、気筒配列方向Xに直交しつつ気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち下がり部G2を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
一端部G4と他端部G5とは、高温側気筒20および再生器46の上部それぞれの気筒延伸方向Yに沿った位置が異なる場合に、伝熱管群70Aの一端および他端それぞれの気筒延伸方向Yに沿った位置を調整可能な部分となっている。
The one end G4 is an end provided on the high temperature side cylinder 20 side. Specifically, one end G4 of the heat transfer tube 71A extends from one end located in the middle of the first and second planes S1 and S2 so as to rise along the cylinder extending direction Y, and the portion From the first plane S1 to the first plane S1 side, extending perpendicularly to the cylinder extending direction Y while being orthogonal to the cylinder arrangement direction X, and a portion connected to a portion forming the rising portion G1 The portions are formed so as to be arranged in a single row along the cylinder arrangement direction X.
The other end G5 is an end provided on the low temperature side cylinder 30 side. Specifically, the other end G5 of the heat transfer tube 71A extends from the other end located between the first and second planes S1 and S2 so as to rise along the cylinder extending direction Y. A portion that extends from the portion toward the second plane S2 so as to rise obliquely with respect to the cylinder extending direction Y while being orthogonal to the cylinder arrangement direction X, and is connected to a portion that forms the falling portion G2. Are arranged so as to form a one-row assembly along the cylinder arrangement direction X.
When the positions of the one end G4 and the other end G5 are different along the cylinder extending direction Y of the upper portion of the high temperature side cylinder 20 and the regenerator 46, the cylinder extending directions of the one end and the other end of the heat transfer tube group 70A are different. The position along Y is adjustable.

伝熱管群70Aにおいて、一端部G4に設けられた第1の作動流体出入口P1それぞれは同一直線上に配置される。また他端部G5に設けられた第2の作動流体出入口P2それぞれは同一直線上に配置される。さらに、第1および第2の作動流体出入口P1、P2それぞれは、気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに平行な(すなわち第1および第2の平面S1、S2に平行な)第3の平面S3に含まれている。この点、第3の平面S3は第1および第2の平面S1、S2の間、中央に位置している。したがって、第1および第2の平面S1、S2は、第1および第2の作動流体出入口P1、P2を含む第3の平面S3を挟んで互いに平行な平面となっている。   In the heat transfer tube group 70A, the first working fluid inlets / outlets P1 provided at the one end G4 are arranged on the same straight line. In addition, the second working fluid inlet / outlet P2 provided at the other end G5 is arranged on the same straight line. Further, each of the first and second working fluid inlets / outlets P1, P2 is a third plane S3 parallel to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y (that is, parallel to the first and second planes S1, S2). Included. In this regard, the third plane S3 is located in the center between the first and second planes S1 and S2. Therefore, the first and second planes S1 and S2 are parallel to each other with the third plane S3 including the first and second working fluid inlets and outlets P1 and P2 interposed therebetween.

折り返し部G3には固定部材である固定板72が設けられる。なお、図示の都合上、図3(c)においては固定板72を図示省略している。固定板72は折り返し部G3において複数の伝熱管71Aを固定する。具体的には固定板72は折り返し部G3において表面側に設けられており、折り返し部G3の頂部を固定することで、複数の伝熱管71Aを固定する。さらに固定板72は、複数の伝熱管群70Aの間で共通のものとなっており、複数の伝熱管群70Aの折り返し部G3それぞれにおいて、複数の伝熱管71Aを固定する。各伝熱管71Aは例えば溶接によって固定板72に固定することができる。   A fixing plate 72 as a fixing member is provided in the folded portion G3. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG. The fixing plate 72 fixes the plurality of heat transfer tubes 71A at the turn-back portion G3. Specifically, the fixing plate 72 is provided on the surface side in the folded portion G3, and fixes the plurality of heat transfer tubes 71A by fixing the top of the folded portion G3. Further, the fixing plate 72 is common among the plurality of heat transfer tube groups 70A, and fixes the plurality of heat transfer tubes 71A in each of the folded portions G3 of the plurality of heat transfer tube groups 70A. Each heat transfer tube 71A can be fixed to the fixed plate 72 by welding, for example.

かかる伝熱管群70Aは、具体的には図4に示すように加熱器47Aを構成する。なお、図示の都合上、図4(c)においては固定板72を図示省略している。この点、固定板72は例えば上面視で長方形状の形状になるように、或いはさらに必要な部分のみを残した形状になるように形成することができる。加熱器47Aには、図4(c)に示すように第1の作動流体出入口P1を接続するための第1の伝熱管接続口B1それぞれが高温側気筒20側に設けられている。第1の伝熱管接続口B1それぞれは、気筒配列方向Xに沿って等間隔に設けられており、また方向Zに沿って等間隔に設けられている。したがって、気筒配列方向Xに沿って隣り合う第1の伝熱管接続口B1同士は、気筒配列方向Xに沿って同一直線上に設けられている。
また加熱器47Aには、図4(c)に示すように第2の作動流体出入口P2を接続するための第2の伝熱管接続口B2それぞれが低温側気筒30側に設けられている。第2の伝熱管接続口B2それぞれは気筒配列方向Xに沿って等間隔に設けられるとともに、方向Zに沿って等間隔に設けられている。このため、気筒配列方向Xに沿って隣り合う第2の伝熱管接続口B2同士も、気筒配列方向Xに沿って同一直線上に設けられている。
Specifically, the heat transfer tube group 70A constitutes a heater 47A as shown in FIG. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG. In this regard, the fixing plate 72 can be formed to have a rectangular shape, for example, when viewed from above, or to have a shape that leaves only necessary portions. In the heater 47A, as shown in FIG. 4C, the first heat transfer tube connection port B1 for connecting the first working fluid inlet / outlet P1 is provided on the high temperature side cylinder 20 side. The first heat transfer tube connection ports B1 are provided at equal intervals along the cylinder arrangement direction X, and are provided at equal intervals along the direction Z. Therefore, the first heat transfer tube connection ports B1 adjacent to each other along the cylinder arrangement direction X are provided on the same straight line along the cylinder arrangement direction X.
Further, in the heater 47A, as shown in FIG. 4C, the second heat transfer tube connection port B2 for connecting the second working fluid inlet / outlet P2 is provided on the low temperature side cylinder 30 side. Each of the second heat transfer tube connection ports B2 is provided at equal intervals along the cylinder arrangement direction X and at equal intervals along the direction Z. For this reason, the second heat transfer tube connection ports B2 adjacent along the cylinder arrangement direction X are also provided on the same straight line along the cylinder arrangement direction X.

第1および第2の伝熱管接続口B1、B2の数は互いに等しくなっている。また第1の伝熱管接続口B1同士の気筒配列方向Xに沿った間隔と、第2の伝熱管接続口B2同士の気筒配列方向Xに沿った間隔とは互いに等しくなっており、第1の伝熱管接続口B1同士の方向Zに沿った間隔と、第2の伝熱管接続口B2同士の方向Zに沿った間隔も互いに等しくなっている。さらに第1および第2の伝熱管接続口B1、B2は、方向Zに沿った位置が同じである場合に、気筒配列方向Xに沿って設けられた第1の伝熱管接続口B1の数と、気筒配列方向Xに沿って設けられた第2の伝熱管接続口B2の数とが互いに等しくなるように設けられている。したがって、第1および第2の伝熱管接続口B1、B2は、方向Zに沿った各位置において、気筒配列方向Xに沿って同一直線上に同じ数だけ等間隔に設けられている。また、同一の配置で設けられている第1および第2の伝熱管接続口B1、B2の間隔と、伝熱管71Aの第1および第2の作動流体出入口P1、P2の間隔とは互いに等しくなっている。   The numbers of the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are equal to each other. The interval along the cylinder arrangement direction X between the first heat transfer tube connection ports B1 and the interval along the cylinder arrangement direction X between the second heat transfer tube connection ports B2 are equal to each other. An interval along the direction Z between the heat transfer tube connection ports B1 and an interval along the direction Z between the second heat transfer tube connection ports B2 are also equal to each other. Further, the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 have the same number of first heat transfer tube connection ports B1 provided along the cylinder arrangement direction X when the positions along the direction Z are the same. The number of second heat transfer tube connection ports B2 provided along the cylinder arrangement direction X is set to be equal to each other. Accordingly, the same number of first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are provided at equal positions on the same straight line along the cylinder arrangement direction X at each position along the direction Z. Further, the interval between the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 provided in the same arrangement and the interval between the first and second working fluid inlets and outlets P1 and P2 of the heat transfer tube 71A are equal to each other. ing.

そして加熱器47Aでは、同一の配置で設けられている第1および第2の伝熱管接続口B1、B2のセットそれぞれに対して、伝熱管71Aが設けられている。この点、方向Zに沿った各位置において、気筒配列方向Xに沿って同一直線上に設けられた第1および第2の伝熱管接続口B1、B2に対し、伝熱管71Aは気筒配列方向Xに沿って互いに直列平行に、且つ等間隔で配置され、複数の伝熱管群70Aを構成している。
一方、固定板72は各伝熱管群70Aの折り返し部G3それぞれにおいて、複数の伝熱管71Aを固定している。また固定板72は排気ガスを流通させる通路部材である排気管100との位置決めを兼ねている。この点、固定板72を位置決めとして機能させるにあたっては、例えば固定板72、或いはその一部として設けられた凹凸部などが正規の位置において、固定板72の移動を防止可能なように係合する係合部を排気管100に設けることができる。また固定板72は例えば正規の位置で排気管100に固定されることで、位置決めとして機能してもよい。
In the heater 47A, a heat transfer tube 71A is provided for each set of the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 provided in the same arrangement. In this regard, at each position along the direction Z, the heat transfer tube 71A is connected to the cylinder arrangement direction X with respect to the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 provided on the same straight line along the cylinder arrangement direction X. Are arranged in parallel with each other at equal intervals, and constitute a plurality of heat transfer tube groups 70A.
On the other hand, the fixing plate 72 fixes a plurality of heat transfer tubes 71A in each of the folded portions G3 of each heat transfer tube group 70A. The fixing plate 72 also serves as a positioning with the exhaust pipe 100 that is a passage member for circulating the exhaust gas. In this regard, when the fixing plate 72 is caused to function as positioning, for example, the fixing plate 72 or a concavo-convex portion provided as a part of the fixing plate 72 is engaged at a regular position so as to prevent the movement of the fixing plate 72. The engaging portion can be provided in the exhaust pipe 100. The fixing plate 72 may function as positioning by being fixed to the exhaust pipe 100 at a regular position, for example.

次に加熱器47Aの作用効果について説明する。加熱器47Aでは、伝熱管群70Aが、立ち上がり部G1に対して立ち下がり部G2を折り返すようにして、これらを結ぶ折り返し部G3を備えている。そしてかかる構造によれば、伝熱管群70Aを構成する複数の伝熱管71Aを1列状の集合をなすように密に並べて配置することが可能になる。このため加熱器47Aは、これにより伝熱管群70Aの高密度化を図ることができ、以って高い熱交換性能を実現することができる。
一方、複数の伝熱管71Aを高密度に備えた場合には、振動によって複数の伝熱管71A同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器47Aは、折り返し部G3において複数の伝熱管71Aを固定する固定板72を備えている。このため加熱器47Aは、伝熱管71A同士の接触による騒音や摩耗が発生することを防止或いは抑制できる。
また加熱器47Aでは、固定板72が各伝熱管群70Aの折り返し部G3それぞれにおいて、複数の伝熱管71Aを固定している。このため加熱器47Aは、振動によって隣り合う伝熱管群70Aの伝熱管71A同士が接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
Next, the effect of the heater 47A will be described. In the heater 47A, the heat transfer tube group 70A includes a folded portion G3 that folds the falling portion G2 with respect to the rising portion G1 and connects them. According to such a structure, it becomes possible to arrange a plurality of heat transfer tubes 71 </ b> A constituting the heat transfer tube group 70 </ b> A densely in a single row. For this reason, the heater 47A can increase the density of the heat transfer tube group 70A, thereby realizing high heat exchange performance.
On the other hand, when the plurality of heat transfer tubes 71A are provided at a high density, there is a concern that the plurality of heat transfer tubes 71A come into contact with each other due to vibration, resulting in noise and wear. On the other hand, the heater 47A includes a fixing plate 72 that fixes the plurality of heat transfer tubes 71A in the folded portion G3. For this reason, the heater 47A can prevent or suppress the occurrence of noise and wear due to contact between the heat transfer tubes 71A.
Further, in the heater 47A, the fixed plate 72 fixes the plurality of heat transfer tubes 71A in each of the folded portions G3 of the heat transfer tube groups 70A. For this reason, in the heater 47A, the heat transfer tubes 71A of the adjacent heat transfer tube group 70A come into contact with each other by vibration, and as a result, the occurrence of noise and wear can be prevented or suppressed.

また加熱器47Aは、固定板72が折り返し部G3において複数の伝熱管71Aを固定することで、立ち上がり部G1や立ち下がり部G2において、気筒配列方向Xに沿った各伝熱管71Aの熱変形を許容しつつ、伝熱管71A同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
また加熱器47Aでは、固定板72が折り返し部G3において複数の伝熱管71Aを固定することで、立ち上がり部G1や立ち上がり部G2において方向Zに沿って発生する各伝熱管71Aの熱変形の方向を揃えることができ、これにより方向Zに沿った各伝熱管71Aの熱変形を許容しつつ、伝熱管71A同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。この点、各伝熱管71Aの熱変形の方向を揃えるにあたっては、例えば各伝熱管71Aの立ち上がり部G1それぞれの間、および各伝熱管71Aの立ち下がり部G2それぞれの間で、機関冷間時に方向Zに沿って同一方向のたわみを有するように複数の伝熱管71Aを固定板72で固定することができる。
この点、加熱器47Aでは、複数の伝熱管71Aを固定するにあたり、固定板72が折り返し部G3の頂部を固定している。このため加熱器47Aは、例えば各伝熱管71Aのうち、折り返し部G3を形成する部分を全体的に固定しようとする場合と比較して、各伝熱管71Aに発生する熱変形の自由度をより確保でき、この結果、各伝熱管71Aに発生する熱変形を好適に許容できる。
Further, the heater 47A fixes the plurality of heat transfer tubes 71A at the turn-back portion G3 by the fixing plate 72, so that the heat transfer tubes 71A along the cylinder arrangement direction X are thermally deformed at the rising portion G1 and the falling portion G2. While allowing, it is also possible to prevent or suppress the occurrence of noise and wear due to contact between the heat transfer tubes 71A.
Further, in the heater 47A, the fixing plate 72 fixes the plurality of heat transfer tubes 71A at the turn-back portion G3 so that the direction of thermal deformation of each heat transfer tube 71A generated along the direction Z at the rising portion G1 or the rising portion G2 is determined. Thus, it is possible to prevent or suppress the occurrence of noise and wear due to contact between the heat transfer tubes 71A while allowing thermal deformation of the heat transfer tubes 71A along the direction Z. In this regard, when aligning the direction of thermal deformation of each heat transfer tube 71A, for example, between the rising portions G1 of each heat transfer tube 71A and between each falling portion G2 of each heat transfer tube 71A, the direction is when the engine is cold. A plurality of heat transfer tubes 71 </ b> A can be fixed by a fixing plate 72 so as to have a deflection in the same direction along Z.
In this regard, in the heater 47A, when fixing the plurality of heat transfer tubes 71A, the fixing plate 72 fixes the top of the folded portion G3. For this reason, for example, the heater 47A has a higher degree of freedom of thermal deformation generated in each heat transfer tube 71A than in the case where the portion of the heat transfer tube 71A in which the folded portion G3 is formed is fixed as a whole. As a result, thermal deformation generated in each heat transfer tube 71A can be suitably allowed.

また加熱器47Aでは、固定板72が排気管100との位置決めを兼ねている。このため加熱器47Aでは、排気管100内において、各伝熱管71Aが振動や熱変形により移動することも規制でき、これにより、伝熱管71A同士の接触による騒音や摩耗が発生し易くなることも防止できる。
また加熱器47Aは、複数の伝熱管71Aを固定するとともに、位置決めとして機能する固定板72を備えることで、各伝熱管71Aに対して接触による騒音や摩耗の発生を招かないようにフィンを設けることも容易となり、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることもできる。
Further, in the heater 47A, the fixed plate 72 also serves as positioning with the exhaust pipe 100. For this reason, in the heater 47A, it is possible to restrict the movement of the heat transfer tubes 71A due to vibration and thermal deformation in the exhaust pipe 100, which may cause noise and wear due to contact between the heat transfer tubes 71A. Can be prevented.
In addition, the heater 47A fixes the plurality of heat transfer tubes 71A and includes a fixing plate 72 that functions as a positioning so that fins are provided to the heat transfer tubes 71A so as not to cause noise and wear due to contact. This also facilitates the heat exchange performance.

本実施例にかかる加熱器47Bは、多管式熱交換器として図5に示す伝熱管71Bを複数備える。伝熱管71Bは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねM字状の形状を有している。伝熱管71Bの一端には第1の作動流体出入口P1が、他端には第2の作動流体出入口P2がそれぞれ設けられている。
そして、複数の伝熱管71Bは伝熱管群70Bを構成する。なお、図5では説明の便宜上、伝熱管群70Bを構成する複数の伝熱管71Bとして2つの伝熱管71Bを示すとともに、2つの伝熱管群70Bを示している。複数の伝熱管71Bは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管71Aが伝熱管群70Aを構成するのと同様にして伝熱管群70Bを構成する。
The heater 47B according to the present embodiment includes a plurality of heat transfer tubes 71B shown in FIG. 5 as a multitubular heat exchanger. The heat transfer tube 71B has an axisymmetric shape with respect to its central axis, and specifically has a generally M-shaped shape. A first working fluid inlet / outlet P1 is provided at one end of the heat transfer tube 71B, and a second working fluid inlet / outlet P2 is provided at the other end.
And the some heat exchanger tube 71B comprises the heat exchanger tube group 70B. In FIG. 5, for convenience of explanation, two heat transfer tubes 71B are shown as the plurality of heat transfer tubes 71B constituting the heat transfer tube group 70B, and two heat transfer tube groups 70B are shown. The plurality of heat transfer tubes 71B are equal in length and have the same shape, and the heat transfer tube group 70B is configured in the same manner as the plurality of heat transfer tubes 71A configure the heat transfer tube group 70A.

伝熱管群70Bは、2つの立ち上がり部G1と、2つの立ち下がり部G2と、3つの折り返し部G3と、一端部G4と、他端部G5とを備えている。この点、伝熱管群70Bは、複数の折り返し部G3を設けることで、伝熱管群70Aに対して、構造上、新たな立ち上がり部G1および新たな立ち下がり部G2をさらに設けるようにした伝熱管群となっている。なお、複数の折り返し部G3の数は具体的には奇数となる。   The heat transfer tube group 70B includes two rising portions G1, two falling portions G2, three folded portions G3, one end portion G4, and the other end portion G5. In this regard, the heat transfer tube group 70B is provided with a plurality of folded portions G3, so that a new rising portion G1 and a new falling portion G2 are further provided structurally with respect to the heat transfer tube group 70A. It is a group. Note that the number of the plurality of folded portions G3 is specifically an odd number.

2つの立ち上がり部G1は、具体的には伝熱管群70Bが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち上がり部G11と、他端側に位置する立ち上がり部G12とによって構成されている。これら2つの立ち上がり部G1それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第1の平面S1に沿って配置されている。
2つの立ち下がり部G2は、具体的には伝熱管群70Bが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち下がり部G21と、他端側に位置する立ち下がり部G22とによって構成されている。これら2つの立ち下がり部G2それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第2の平面S2に沿って配置されている。
Specifically, when the two rising portions G1 are viewed as the heat transfer tube group 70B extending from one end, the rising portion G11 located on one end side, and the rising portion G12 located on the other end side, It is constituted by. Each of these two rising portions G1 extends in parallel to each other and is disposed along the first plane S1.
Specifically, the two falling parts G2 are a falling part G21 located on one end side and a falling part located on the other end side when the heat transfer tube group 70B is viewed as extending from one end. Part G22. Each of these two falling portions G2 extends in parallel to each other and is disposed along the second plane S2.

3つの折り返し部G3は、具体的には伝熱管群70Bが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がり部G1に対して立ち下がり部G2を折り返すようにして、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを結ぶ2つの折り返し部G31と、立ち下がり部G2に対して立ち上がり部G1を折り返すようにして、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを結ぶ1つの折り返し部G32とによって構成されている。2つの折り返し部G31は伝熱管群70Bにおいて両端に位置しており、折り返し部G32は伝熱管群70Bにおいて中央に位置している。   Specifically, when the three folded portions G3 are viewed as the heat transfer tube group 70B extending from one end, the falling portion G2 is folded with respect to the rising portion G1, and the rising portion G1 The two folded portions G31 connecting the falling portion G2 and the one folded portion G32 connecting the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to fold the rising portion G1 with respect to the falling portion G2. ing. The two folded portions G31 are located at both ends in the heat transfer tube group 70B, and the folded portions G32 are located in the center in the heat transfer tube group 70B.

これら3つの折り返し部G3は、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを気筒延伸方向Yにおいて同じ高さで結ぶようになっている。またこれら3つの折り返し部G3は、折り返しによって伝熱管群70Bに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Z中央の位置に頂部が形成されるようになっている。
またこれら3つの折り返し部G3それぞれにおいて、一対の折り曲げ端部Eは、伝熱管群70Aの場合と同様に設けられており、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とは間隔Wのオフセット間隔を有することで、図5(b)に示すように気筒配列方向Xに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。
These three folded portions G3 are configured to connect the rising portion G1 and the falling portion G2 at the same height in the cylinder extending direction Y. Further, the three folded portions G3 are convex in the same direction as the convex shape formed in the heat transfer tube group 70B by folding, and a top is formed at the center in the direction Z.
Further, in each of these three folded portions G3, a pair of bent end portions E are provided in the same manner as in the case of the heat transfer tube group 70A, and the rising portion G1 and the falling portion G2 have an offset interval of the interval W. Thus, as shown in FIG. 5B, when viewed along the cylinder arrangement direction X, a gap is formed in the offset direction.

一端部G4は高温側気筒20側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管71Bのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する一端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第1の平面S1側へ向かって、気筒配列方向Xに直交しつつ気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部G11を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部G5は低温側気筒30側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管71Bのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する他端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第2の平面S2側へ向かって、気筒配列方向Xに直交しつつ気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部G22を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
The one end G4 is an end provided on the high temperature side cylinder 20 side. Specifically, the cylinder extending direction Y extends from one end located between the first and second planes S1 and S2 in the heat transfer tube 71B. A portion extending so as to rise along the cylinder, and extending from the portion toward the first plane S1 so as to rise obliquely with respect to the cylinder extending direction Y while being orthogonal to the cylinder arranging direction X, A portion composed of a portion connected to a portion forming the rising portion G11 located on the side is formed by being arranged along the cylinder arrangement direction X so as to form a one-row set.
The other end G5 is an end provided on the low temperature side cylinder 30 side. Specifically, in the heat transfer tube 71B, the cylinder extends from the other end located between the first and second planes S1 and S2. A portion extending so as to rise along the direction Y, and extending from the portion toward the second plane S2 so as to stand obliquely with respect to the cylinder extending direction Y while being orthogonal to the cylinder arrangement direction X A portion including a portion connected to a portion forming the falling portion G22 located on the other end side is formed by being arranged so as to form a one-row assembly along the cylinder arrangement direction X. ing.

折り返し部G3には固定板72が設けられる。なお、図示の都合上、図5(c)においては固定板72を図示省略している。具体的には固定板72は3つの折り返し部G3それぞれに対して設けられ、これら折り返し部G3それぞれにおいて複数の伝熱管71Bを固定する。各固定板72は折り返し部G3それぞれにおいて、折り返し部G3の頂部を固定することで、複数の伝熱管71Bを固定する。さらに各固定板72は複数の伝熱管群70Bそれぞれについて共通のものとなっており、複数の伝熱管群70Bの折り返し部G3それぞれにおいて、複数の伝熱管71Bを固定する。   A fixed plate 72 is provided in the folded portion G3. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG. Specifically, the fixing plate 72 is provided for each of the three folded portions G3, and fixes the plurality of heat transfer tubes 71B in each of the folded portions G3. Each fixing plate 72 fixes the plurality of heat transfer tubes 71B by fixing the top of the folded portion G3 in each folded portion G3. Further, each fixing plate 72 is common to each of the plurality of heat transfer tube groups 70B, and fixes the plurality of heat transfer tubes 71B in each of the folded portions G3 of the plurality of heat transfer tube groups 70B.

かかる伝熱管群70Bは、具体的には図6に示すように加熱器47Bを構成する。なお、図示の都合上、図6(c)においては固定板72を図示省略している。この点、固定板72の具体的な形状は実施例1の場合と異なっていてよく、また各固定板72の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン10Bは、加熱器47Aの代わりに加熱器47Bを備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。
加熱器47Bでは、第1および第2の伝熱管接続口B1、B2が、加熱器47Aの場合と同様に設けられている。また加熱器47Bでは、加熱器47Aの場合と同様にして同一の配置で設けられている第1および第2の伝熱管接続口B1,B2のセットそれぞれに対して伝熱管71Bが設けられ、これにより方向Zに沿って複数の伝熱管群70Bが構成されている。
一方、各固定板72は各伝熱管群70Bの折り返し部G3それぞれにおいて、複数の伝熱管71Bを固定している。また各固定板72は排気管100との位置決めを兼ねている。この点、折り返し部G32に設けられた固定板72では、気筒配列方向Xの中央、且つ方向Zの両端に位置する部分が、排気管100との位置決めを兼ねている。
Specifically, the heat transfer tube group 70B constitutes a heater 47B as shown in FIG. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG. In this regard, the specific shape of the fixing plate 72 may be different from that in the first embodiment, and the specific shape of each fixing plate 72 may be different from each other. The Stirling engine 10B is substantially the same as the Stirling engine 10A except that the heater 47B is provided instead of the heater 47A.
In the heater 47B, the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are provided in the same manner as in the case of the heater 47A. Further, in the heater 47B, a heat transfer tube 71B is provided for each set of the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 provided in the same arrangement as in the case of the heater 47A. Thus, a plurality of heat transfer tube groups 70B are configured along the direction Z.
On the other hand, each fixing plate 72 fixes a plurality of heat transfer tubes 71B in each folded portion G3 of each heat transfer tube group 70B. Each fixing plate 72 also serves as a positioning with the exhaust pipe 100. In this respect, in the fixed plate 72 provided in the turned-back portion G32, portions located at the center in the cylinder arrangement direction X and at both ends in the direction Z also serve as positioning with the exhaust pipe 100.

さらに加熱器47Bでは、折り返し部G32に設けられた固定板72に整流板73が設けられている。整流板73は具体的には気筒配列方向Xに直交する面を有し、折り返し部G32に設けられた固定板72のうち、表面側の部分から気筒延伸方向Yに沿って延伸するように設けられている。整流板73は立ち上がり部G1、立ち下がり部G2および折り返し部G3からなるコア部Cを流通する排気ガスの流量よりも、スターリングエンジン10Bのうち、加熱器47Bを除く部分であるスターリングエンジン10B本体とコア部Cとの間に形成される空間Tを流通する排気ガスの流量が小さくなるように排気管100を流通する排気ガスを整流する整流部材となっている。この点、整流板73には、例えば空間Tを流通する排気ガスをせき止めることが可能な板状の部材を適用できる。また整流板73には、例えば空間Tを流通する排気ガスの圧力損失を高めることで、空間Tを流通する排気ガスの流量を小さくすることが可能なメッシュや穴が設けられた板状の部材などを適用できる。   Further, in the heater 47B, a rectifying plate 73 is provided on the fixed plate 72 provided in the folded portion G32. Specifically, the rectifying plate 73 has a surface orthogonal to the cylinder arrangement direction X, and is provided so as to extend along the cylinder extending direction Y from the surface side portion of the fixed plate 72 provided in the folded portion G32. It has been. The rectifying plate 73 is connected to the Stirling engine 10B main body, which is a portion of the Stirling engine 10B excluding the heater 47B, rather than the flow rate of the exhaust gas flowing through the core portion C composed of the rising portion G1, the falling portion G2, and the folded portion G3. The rectifying member rectifies the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 100 so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the space T formed between the core portion C and the core portion C is reduced. In this regard, for example, a plate-like member capable of blocking exhaust gas flowing through the space T can be applied to the rectifying plate 73. The rectifying plate 73 is a plate-like member provided with a mesh or a hole that can reduce the flow rate of the exhaust gas flowing through the space T by increasing the pressure loss of the exhaust gas flowing through the space T, for example. Etc. can be applied.

次に加熱器47Bの作用効果について説明する。加熱器47Bでは、複数の折り返し部G3を設けることで、加熱器47Aに対して新たな立ち上がり部G1および新たな立ち下がり部G2をさらに設けることができる。すなわち、加熱器47Bでは、複数の折り返し部G3を設けることで、伝熱管群70Bを構成する複数の伝熱管71Bそれぞれの全長を、伝熱管群70Aを構成する複数の伝熱管71Aそれぞれの全長よりも長くすることができ、これにより加熱器47Aと比較してより大きな伝熱面積を確保できる。
また加熱器47Bでは、概ねM字状の形状を有する複数の伝熱管71Bで伝熱管群70Bを構成することで、複数の伝熱管71Bの配列方向である気筒配列方向Xにおいて、折り返し部G32が隣り合う折り返し部G31同士の間に位置するように折り返し部G3それぞれを設け、これによりコンパクトな形態を確保している。このため加熱器47Bは、加熱器47Aと比較してコンパクトな形態を確保しつつ、更なる熱交換性能の向上を図ることができる点で、さらに好適に高い熱交換性能を実現できる。
Next, the effect of the heater 47B will be described. In the heater 47B, a new rising portion G1 and a new falling portion G2 can be further provided with respect to the heater 47A by providing a plurality of folded portions G3. That is, in the heater 47B, by providing the plurality of folded portions G3, the total length of the plurality of heat transfer tubes 71B constituting the heat transfer tube group 70B is made larger than the total length of the plurality of heat transfer tubes 71A constituting the heat transfer tube group 70A. And a larger heat transfer area can be secured as compared with the heater 47A.
In the heater 47B, the heat transfer tube group 70B is configured by a plurality of heat transfer tubes 71B having a substantially M-shaped shape, so that the folded portion G32 is arranged in the cylinder arrangement direction X, which is the arrangement direction of the plurality of heat transfer tubes 71B. Each folded portion G3 is provided so as to be positioned between adjacent folded portions G31, thereby ensuring a compact form. For this reason, the heater 47B can implement | achieve the heat exchange performance still more suitably at the point which can aim at the further improvement of heat exchange performance, ensuring a compact form compared with the heater 47A.

一方、加熱器47Bでも、複数の伝熱管71Bを高密度に備えた結果、振動により複数の伝熱管71B同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器47Bでは、折り返し部G3において複数の伝熱管71Bを固定する固定板72を備えるとともに、固定板72が位置決めを兼ねることで、加熱器47Aと同様の作用効果を奏することができる。
さらに加熱器47Bでは、折り返し部G32に設けられた固定板72に、整流板73を設けている。このため加熱器47Bは、コア部Cを流通する排気ガスの流量を高めることで、熱交換性能をさらに向上させることもできる。
On the other hand, in the heater 47B, as a result of providing the plurality of heat transfer tubes 71B at a high density, the plurality of heat transfer tubes 71B come into contact with each other due to vibration, and as a result, there is a concern that noise and wear may occur. On the other hand, the heater 47B includes a fixing plate 72 that fixes the plurality of heat transfer tubes 71B at the turn-back portion G3, and the fixing plate 72 also serves as a positioning so that the same effect as the heater 47A can be achieved. it can.
Further, in the heater 47B, a rectifying plate 73 is provided on the fixed plate 72 provided in the folded portion G32. For this reason, the heater 47B can further improve the heat exchange performance by increasing the flow rate of the exhaust gas flowing through the core C.

本実施例にかかる加熱器47Cは、多管式熱交換器として図7に示す伝熱管71Cを複数備える。伝熱管71Cは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねM字状の形状を有している。伝熱管71Cの一端には第1の作動流体出入口P1が、他端には第2の作動流体出入口P2がそれぞれ設けられている。
複数の伝熱管71Cは伝熱管群70Cを構成する。なお、図7では説明の便宜上、伝熱管群70Cを構成する複数の伝熱管71Cとして2つの伝熱管71Cを示すとともに、2つの伝熱管群70Cを示している。複数の伝熱管71Cは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管71Aが伝熱管群70Aを構成するのと同様にして伝熱管群70Cを構成する。
The heater 47C according to the present embodiment includes a plurality of heat transfer tubes 71C shown in FIG. 7 as a multi-tube heat exchanger. The heat transfer tube 71C has an axisymmetric shape with respect to its central axis, and specifically has a generally M-shaped shape. A first working fluid inlet / outlet P1 is provided at one end of the heat transfer tube 71C, and a second working fluid inlet / outlet P2 is provided at the other end.
The plurality of heat transfer tubes 71C constitute a heat transfer tube group 70C. In FIG. 7, for convenience of explanation, two heat transfer tubes 71C are shown as a plurality of heat transfer tubes 71C constituting the heat transfer tube group 70C, and two heat transfer tube groups 70C are shown. The plurality of heat transfer tubes 71C are equal in length and have the same shape, and the heat transfer tube group 70C is configured in the same manner as the plurality of heat transfer tubes 71A configure the heat transfer tube group 70A.

伝熱管群70Cは一端部G4と他端部G5とが異なるように形成される点以外、伝熱管群70Bと実質的に同一のものとなっている。
すなわち伝熱管群70Cでは、一端部G4が、伝熱管71Cのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する一端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第1の平面S1側、且つ外側に向かって気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部G11を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
また伝熱管群70Cでは、他端部G5が、伝熱管71Cのうち、第1および第2の平面S1、S2の中間に位置する他端から気筒延伸方向Yに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第2の平面S2側、且つ外側に向かって気筒配列方向Xおよび気筒延伸方向Yに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部G22を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Xに沿って互いに1列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
折り返し部G3には伝熱管群70Bの場合と同様に固定板72が設けられる。なお、図示の都合上、図7(c)においては固定板72を図示省略している。
The heat transfer tube group 70C is substantially the same as the heat transfer tube group 70B except that the one end G4 and the other end G5 are formed differently.
That is, in the heat transfer tube group 70C, one end G4 of the heat transfer tube 71C extends from one end located in the middle of the first and second planes S1 and S2 so as to rise along the cylinder extending direction Y. The portion extending from the portion to the first plane S1 side and extending outwardly obliquely with respect to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y, and forming a rising portion G11 located on one end side The portions composed of the connected portions are formed so as to be arranged in a row along the cylinder arrangement direction X.
In the heat transfer tube group 70C, the other end G5 is extended so as to rise along the cylinder extending direction Y from the other end of the heat transfer tube 71C located between the first and second planes S1 and S2. A portion and a falling portion G22 extending from the portion to the second plane S2 side and to the outside so as to rise obliquely with respect to the cylinder arrangement direction X and the cylinder extending direction Y, and located on the other end side A portion composed of a portion connected to the portion to be formed is formed by being arranged in a row along the cylinder arrangement direction X.
A fixed plate 72 is provided in the folded portion G3 as in the case of the heat transfer tube group 70B. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG.

かかる伝熱管群70Cは、具体的には図8に示すように加熱器47Cを構成する。なお、図示の都合上、図8(c)においては固定板72を図示省略している。この点、固定板72の具体的な形状は実施例1や2の場合と異なっていてよく、また各固定板72の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン10Cは、スターリングエンジン10Aの一対の気筒20、30をクランク軸線CLの延伸方向(換言すれば気筒配列方向X)に沿って複数(ここでは2つ)並べるようにして4気筒に多気筒化されたものとなっている点と、加熱器47Aの代わりに一対の気筒20、30それぞれに対応させて設けられた複数(ここでは2つ)の加熱器47Cを備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。   Specifically, the heat transfer tube group 70C constitutes a heater 47C as shown in FIG. For convenience of illustration, the fixing plate 72 is not shown in FIG. In this regard, the specific shape of the fixing plate 72 may be different from those in the first and second embodiments, and the specific shape of each fixing plate 72 may be different from each other. Further, the Stirling engine 10C has a large number of four cylinders by arranging a plurality (two in this case) of a pair of cylinders 20 and 30 of the Stirling engine 10A along the extending direction of the crank axis CL (in other words, the cylinder arrangement direction X). Other than the point that it is made into a cylinder and a plurality of (in this case, two) heaters 47C provided corresponding to each of the pair of cylinders 20 and 30 instead of the heater 47A, It is substantially the same as the Stirling engine 10A.

加熱器47Cでは、第1および第2の伝熱管接続口B1、B2が、一対の気筒20、30それぞれに対応させるようにして加熱器47Aの場合と同様に設けられている。この点、第1および第2の伝熱管接続口B1、B2は、加熱器47Cそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器47C間でもクランク軸線CLの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。加熱器47Cでは、加熱器47Aの場合と同様にして同一の配置で設けられている第1および第2の伝熱管接続口B1,B2のセットそれぞれに対して伝熱管71Cが設けられ、これにより方向Zに沿って複数の伝熱管群70Cが構成されている。   In the heater 47C, the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are provided in the same manner as the heater 47A so as to correspond to the pair of cylinders 20 and 30, respectively. In this respect, the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are arranged not only in each heater 47C but also between each heater 47C in a straight line along the extending direction of the crank axis CL. Yes. In the heater 47C, a heat transfer tube 71C is provided for each set of the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 provided in the same arrangement as in the case of the heater 47A. A plurality of heat transfer tube groups 70C are configured along the direction Z.

各加熱器47Cでは、図8(c)に示すように伝熱管群70Cが上面視で対応する一対の気筒20、30のボアそれぞれから張り出すように設けられている。この点、高温側気筒20側では主に立ち上がり部G11が、低温側気筒30側では主に立ち下がり部G22がそれぞれボアから張り出している。そして、立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを裏返すようにして結ぶ伝熱管群70Cの構造上、立ち上がり部G11と立ち下がり部G22とは同一の伝熱管群70Cにおいて、方向Zに沿って互いに逆向きにオフセットしている。
各固定板72は各伝熱管群70Cの折り返し部G3それぞれにおいて、加熱器47Bの場合と同様に複数の伝熱管71Cを固定するとともに、排気管100との位置決めを兼ねている。また折り返し部G32に設けられた固定板72には、加熱器47Bの場合と同様に整流板73が設けられている。
In each heater 47C, as shown in FIG. 8C, a heat transfer tube group 70C is provided so as to protrude from the respective bores of the pair of cylinders 20 and 30 in a top view. In this regard, the rising portion G11 mainly protrudes from the bore on the high temperature side cylinder 20 side, and the falling portion G22 mainly protrudes from the bore on the low temperature side cylinder 30 side. And, due to the structure of the heat transfer tube group 70C that connects the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to be reversed, the rising portion G11 and the falling portion G22 are opposite to each other along the direction Z in the same heat transfer tube group 70C. It is offset in the direction.
Each fixing plate 72 fixes a plurality of heat transfer tubes 71C in the folded portion G3 of each heat transfer tube group 70C as well as the heater 47B, and also serves as a positioning with the exhaust pipe 100. In addition, a rectifying plate 73 is provided on the fixed plate 72 provided in the folded portion G32 as in the case of the heater 47B.

次に加熱器47Cの作用効果について説明する。加熱器47Cは加熱器47Bと同様に固定板72および整流板73を備えている。このため、加熱器47Cは加熱器47Bと同様の作用効果を奏することができる。
また加熱器47Cでは、伝熱管群70Cをボアから張り出すように設けることで、加熱器47Bと比較して全長をさらに長くすることや、一対の気筒20、30のボアピッチを短縮することができ、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることや、スターリングエンジン10Cのコンパクト化を図ることができる。
Next, the effect of the heater 47C will be described. The heater 47C includes a fixed plate 72 and a rectifying plate 73 in the same manner as the heater 47B. For this reason, the heater 47C can exhibit the same effects as the heater 47B.
Further, in the heater 47C, by providing the heat transfer tube group 70C so as to protrude from the bore, it is possible to further increase the overall length as compared with the heater 47B and to shorten the bore pitch of the pair of cylinders 20 and 30. As a result, the heat exchange performance can be further improved, and the Stirling engine 10C can be made compact.

一方、伝熱管群70Cをボアから張り出すように設けた加熱器47Cを多気筒化したスターリングエンジン10Cに設けるにあたっては、各加熱器47C間で伝熱管群70C同士の干渉が生じないようにする必要がある。
この点、一対の気筒20、30をクランク軸線CLの延伸方向に沿って複数並べるようにして多気筒化されたスターリングエンジン10Cにおいては、第1および第2の伝熱管接続口B1、B2が、各加熱器47Cそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器47C間でもクランク軸線CLの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。このためスターリングエンジン10Cでは、各加熱器47C間において、伝熱管群70C同士の対向する部分それぞれが方向Zに沿って互いに逆向きにオフセットすることになり、これにより各加熱器47C間で気筒配列方向Xにおける位置の重なり合いを有しつつ、干渉を回避することができる。
このため加熱器47Cは、伝熱管群70Cをボアから張り出すように設けた場合であっても、多気筒化されたスターリングエンジン10Cにおいて互いに近接して設けることができ、これによりスターリングエンジン10Cのコンパクト化に寄与することもできる。
On the other hand, when the heater 47C provided so that the heat transfer tube group 70C extends from the bore is provided in the multi-cylinder Stirling engine 10C, interference between the heat transfer tube groups 70C does not occur between the heaters 47C. There is a need.
In this regard, in the Stirling engine 10C in which a plurality of cylinders 20 and 30 are arranged side by side along the extending direction of the crank axis CL, the first and second heat transfer tube connection ports B1 and B2 are The heaters 47C are arranged not only in each heater 47C but also between the heaters 47C along the extending direction of the crank axis CL. For this reason, in the Stirling engine 10C, between the heaters 47C, the opposing portions of the heat transfer tube groups 70C are offset in the opposite directions along the direction Z, whereby the cylinders are arranged between the heaters 47C. Interference can be avoided while having overlapping positions in the direction X.
Therefore, the heater 47C can be provided close to each other in the multi-cylinder Stirling engine 10C even when the heat transfer tube group 70C is provided so as to protrude from the bore. It can also contribute to downsizing.

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例2,3では、複数の接続部である折り返し部G31、G32のいずれにも固定板72を設けた場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の接続部のうち、少なくともいずれか一方に固定部材を設けることでも、接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管がSUSチューブである場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の配管は例えば断面が楕円状となる配管やその他の形状になる配管であってもよい。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管群が立ち上がり部G1と立ち下がり部G2とを折り返すようにして結ぶ折り返し部G3を備える場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、配管群は折り返し部の代わりに、例えば立ち上がり部と立ち下がり部とを裏返すようにして滑らかに結ぶ接続部を備えてもよい。
The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the second and third embodiments described above, the case where the fixing plate 72 is provided in any of the folded portions G31 and G32 that are a plurality of connecting portions has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this, and it is possible to prevent or suppress the occurrence of noise and wear due to contact by providing a fixing member in at least one of the plurality of connecting portions.
For example, in the above-described embodiment, the case where each heat transfer tube is a SUS tube has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the plurality of pipes may be, for example, pipes having an elliptical cross section or pipes having other shapes.
Further, for example, in the above-described embodiment, a case has been described in which each heat transfer tube group includes the folded portion G3 that connects the rising portion G1 and the falling portion G2 so as to be folded. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the piping group may include, for example, a connecting portion that smoothly connects the rising portion and the falling portion so as to be reversed instead of the folded portion.

10A、10B、10C スターリングエンジン
20 高温側気筒
21 膨張ピストン
22 高温側シリンダ
30 低温側気筒
31 圧縮ピストン
32 低温側シリンダ
47A、47B、47C 加熱器
50 グラスホッパの機構
70A、70B、70C 伝熱管群
71A、71B、71C 伝熱管
72 固定板
73 整流板
10A, 10B, 10C Stirling engine 20 High temperature side cylinder 21 Expansion piston 22 High temperature side cylinder 30 Low temperature side cylinder 31 Compression piston 32 Low temperature side cylinder 47A, 47B, 47C Heater 50 Grasshopper mechanism 70A, 70B, 70C Heat transfer tube group 71A, 71B, 71C Heat transfer tube 72 Fixed plate 73 Current plate

Claims (5)

2気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された2つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、
前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、
前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器。
A pipe group consisting of a plurality of pipes for flowing the working fluid of the Stirling engine between two cylinders arranged in series and parallel provided in the two-cylinder α-type Stirling engine;
When the piping group is viewed as extending from one end of the piping group, a rising portion that extends to rise, a falling portion that extends to fall, the rising portion and the falling With a connecting part that connects the part upside down,
A heat exchanger for a Stirling engine provided with a fixing member for fixing the plurality of pipes in the connecting portion.
請求項1記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定するスターリングエンジンの熱交換器。
A heat exchanger for a Stirling engine according to claim 1,
The piping group includes a plurality of the connection portions,
Of the connection parts, when viewed as extending from one end, the connection part connecting the rising part and the falling part so that the falling part is turned over with respect to the rising part, Or, when it is viewed as extending from one end of the connecting portion, the connecting portion that connects the rising portion and the falling portion so that the rising portion is turned over with respect to the falling portion A heat exchanger for a Stirling engine in which the fixing member fixes the plurality of pipes in at least one of the connection portions.
請求項1記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、
前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けたスターリングエンジンの熱交換器。
A heat exchanger for a Stirling engine according to claim 1,
The piping group includes a plurality of the connection portions,
Among the connection parts, when viewed as extending from one end, the connection part connecting the rising part and the falling part so that the rising part is turned over with respect to the falling part. The fixing member fixes the plurality of pipes;
The high temperature heat source is configured so that the flow rate is smaller in the space formed between the core portion and the Stirling engine body than the core portion including the rising portion, the falling portion, and the connecting portion. A heat exchanger for a Stirling engine, wherein a rectifying member for rectifying fluid is further provided on the fixed member.
請求項1から3いずれか1項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねるスターリングエンジンの熱交換器。
A heat exchanger for a Stirling engine according to any one of claims 1 to 3,
A heat exchanger for a Stirling engine in which the fixing member also functions as a positioning member with a passage member for allowing a fluid constituting a high-temperature heat source to flow therethrough.
請求項1から4いずれか1項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が、クランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記2つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、
前記2つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして4気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられるスターリングエンジンの熱交換器。
A heat exchanger for a Stirling engine according to any one of claims 1 to 4,
The plurality of pipes are provided with respect to pipe connection ports provided so as to be arranged in a straight line along the extending direction of the crank axis, and the heat transfer tube group is stretched from each of the bores of the two cylinders in a top view. It is provided to put out,
A heat exchanger for a Stirling engine provided in a Stirling engine in which the two cylinders are arranged in series along the extending direction of the crank axis so that the number of cylinders is four or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019163924A (en) * 2018-03-15 2019-09-26 国立大学法人電気通信大学 Thermoacoustic system heat exchanger, energy converter using reciprocating vibration flow, thermoacoustic engine, and stirling engine

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