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発明の名称 外燃機関の熱交換器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−19631
公開日 平成7年(1995)1月20日
出願番号 特願平5−183369
出願日 平成5年(1993)6月30日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】斎藤 春弥 (外1名)
発明者 大竹 雅久 / 石原 寿和 / 岡本 泉 / 黒澤 美曉 / 石野 光彦
要約 目的
熱交換媒体の分流改善により熱伝達を向上させ,さらに構成部品点数の低減を達成すること。

構成
外径の異なる複数枚の環状板30aのそれぞれに複数の穴30bを設け,これらの複数個の穴30bが全体として作動ガス流路を形成するようにし,また,その環状板を積層して成るスリ−ブ30の内周面を切削仕上げてシリンダ内壁30gそのものとするように構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】 作動ガスが封入されたシリンダと,このシリンダ内を膨張室と圧縮室とに区画するピストンと,前記の膨張室と圧縮室との間に設置された再生器及び熱交換器を備えた外燃機関において,穴加工が施された,外径の異なる複数枚の環状板を数枚ずつ交互に積層しロ−付け等により接合し,前記加工穴が全体として管状の作動ガス流路を形成するように構成され,また,前記の環状板の外径の違いにより外周面に複数の環状溝を形成し,これら環状溝のうち流入側に位置する環状溝同士及び流出側に位置する環状溝同士をそれぞれ連通させる流入側連通口及び流出側連通口を形成し,また流入側に位置する前記環状溝と流出側に位置する環状溝同士とを連通させる両側連通口とを形成して,これら環状溝の外周と外装ケ−スの内周壁とで囲まれた空間を前記作動ガスと熱交換する熱交換媒体の流路とし,前記外装ケ−スに前記媒体通路の流入側と連通する熱交換媒体の入口を設けると共に,前記外装ケ−スに前記媒体通路の流出側と連通する熱交換媒体の出口を設け,かつ前記環状板積層体の内周面を仕上げてシリンダ壁面としたことを特徴とする外燃機関の熱交換器。
【請求項2】 前記環状板の数枚おきに,作動ガス流路を形成する穴の大きさを変化させるか,または,この穴に凹凸を設けるなどして形状を変化させることにより,作動ガス流路にフィンを形成させるようにした請求項1記載の外燃機関の熱交換器。
【請求項3】 前記環状板を数枚おきにずらして積層することにより作動ガス流路を軸方向にスパイラル状又は波状に形成した請求項1記載の外燃機関の熱交換器。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,冷暖房,給湯,動力等に用いられる外燃機関の熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】この種従来の外燃機関の熱交換器としては,例えば特願平4−73863号の出願に示されるように,内周面に凹凸が形成された外径の異なる複数枚の環状板が積層されてスリ−ブが形成され,これら凹凸が全体としてスリ−ブ内周面に複数の溝を形成し,これらの溝とシリンダの外周面とで囲まれた空間を作動ガスの流路とし,外周壁に流入側連通口,流出側連通口及び両側連通口を有する複数の環状溝を形成し,これら環状溝と熱交換媒体入口及び熱交換媒体出口とを設けた外装ケ−スの内周壁とで囲まれた空間をも熱交換媒体の流路としたものがある。
【0003】この従来技術について,図6及び図7を参照してもう少し詳細に述べる。同図において,20は積層体からなるスリ−ブで,シリンダ22と外装ケ−ス23との間に介装され両者の間隙空間に熱交換媒体と作動ガスとを流通させるものである。このスリ−ブ20は,その内面に凹凸(溝)20aの形成されたそれぞれ外径の異なる複数の環状板20bが数枚ずつ積層されたものである。この積層体によって,熱交換媒体の流通路としての環状溝20cが形成されると共に,凹凸(溝)20aが縦方向に直線状の作動ガス流通路を形成する。また,その積層体としてのスリ−ブ20の外周には熱交換媒体の流入側連通口20d,流出側連通口20e及び両側連通口20f(図7参照)とが形成され熱交換媒体の分流が行われる。このスリ−ブ20の詳細構造は図7の斜視図に示す通りで,同図には環状板の外径の違いが明瞭に示されている。また,流出側連通口20e及び流入側連通口20dは,それぞれ外装ケ−ス23の熱交換媒体入口23aと熱交換媒体出口23bと連通している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで,上述の従来のものでは,熱交換器が,シリンダ,環状板積層体(スリ−ブ)及び外装ケ−スの3つの部分で構成されており,作動ガスの密封性,耐圧強度及び寸法公差を管理しながらの組み立て,接合のための製作が困難であるという問題点があった。また,シリンダと環状板積層体とが別体のため,構成部品点数を削減するのが困難であるという問題点もあった。本発明は従来のものの上記課題(問題点)を解決するようにした外燃機関の熱交換器を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は,上記課題を解決するために,外燃機関において,穴加工が施された,外径の異なる複数枚の環状板を数枚ずつ交互に積層しロ−付け等により接合し,前記加工穴が全体として管状の作動ガス流路を形成するように構成され,また,前記の環状板の外径の違いにより外周面に複数の環状溝を形成し,これら環状溝のうち流入側に位置する環状溝同士及び流出側に位置する環状溝同士をそれぞれ連通させる流入側連通口及び流出側連通口を形成し,また流入側に位置する前記環状溝と流出側に位置する環状溝同士とを連通させる両側連通口とを形成して,これら環状溝の外周と外装ケ−スの内周壁とで囲まれた空間を前記作動ガスと熱交換する熱交換媒体の流路とし,前記外装ケ−スに前記媒体通路の流入側と連通する熱交換媒体の入口を設けると共に,前記外装ケ−スに前記媒体通路の流出側と連通する熱交換媒体の出口を設け,かつ前記環状板積層体の内周面を仕上げてシリンダ壁面とするように構成した。この場合,前記環状板の数枚おきに,作動ガス流路を形成する穴の大きさを変化させるか,または,この穴に凹凸を設けるなどして形状を変化させることにより,作動ガス流路にフィンを形成させることが望ましい。また,前記環状板を数枚おきにずらして積層することにより作動ガス流路を軸方向にスパイラル状又は波状に形成することが望ましい。
【0006】
【作用】積層される外径の異なる複数枚の環状板のそれぞれに複数の穴を設けたので,熱交換媒体の分流が良好となり,さらに,積層体の内周面を研磨仕上げしてシリンダ壁そのものとしたので,別体のシリンダが必要なくなり,構成部品の点数は削減できるようになった。
【0007】
【実施例】以下本発明の一実施例につき図面を参照して詳細に述べる。図1は,本発明を適用した外燃機関の概略図である。図1において,1及び2は夫々高温側ディスプレ−サピストン及び低温側ディスプレ−サピストンで,互いにほぼ直角位置に配置されたピストンロッド3及び4に連結されて,それぞれ往復運動するものであり,作動ガスが封入された高温側シリンダ5及び低温側シリンダ6に内蔵されている。この高温側ディスプレ−サピストンによって区画されるシリンダ5の高温室(圧縮室)5aには加熱器7が接続されている。
【0008】加熱器7の先端と該高温側シリンダ5の中温室(膨張室)5bとの間には高温側再生器9と中温側熱交換器10が連接介在され,また低温側シリンダ6の低温室(圧縮室)6aと中温室(膨張室)6bとの間には低温側熱交換器11と低温側再生器12とが連接介在されている。13は高温側シリンダ5の中温室5bと低温側シリンダ6の低温室6aとを連通する連結ダクトである。ピストンロッド3及び4にはそれぞれクロスガイド14及び15が固定され,このクロスガイド14及び15にはクランク機構16が接続され,このクランク機構16が始動時は機械室等に設けられた電動機の動力により,始動後は外燃機関自らの動力により回転することにより,ピストン1及び2が往復運動される。なお,高温側ディスプレ−サピストンの上方には加熱手段17が設けられている。
【0009】次に,この外燃機関の動作を説明すると,先ずクランク機構16の回転により90°ずれた高温側ディスプレ−サピストン1と低温側ディスプレ−サピストン2とが往復運動すれば,この高温側シリンダ5の高温室5aの作動ガスが押し出され,高温側再生器9へ導かれる。これと同様に,低温側シリンダ6の低温室6aの作動ガスが押し出され,低温側熱交換機11の内部を流通して熱交換が行われる。
【0010】図2は,本発明の要部である中温側熱交換器,または低温側熱交換器の一実施例を示す斜視図である。図2及びスリ−ブの詳細構成を示す図3において,30は積層体からなるスリ−ブであり,かつシリンダである。また,40は,ほぼ円筒状に形成された,例えばアルミニウム材からなる外装ケ−スを示す。積層体からなるスリ−ブ30は,外装ケ−ス40の内部に挿入されて,スリ−ブ30の外周と外装ケ−ス40の内面との間に環状溝30cが形成され,その環状溝30cには熱交換媒体が流通する。この積層体であるスリ−ブ30を構成する各々の環状板30aの1枚1枚は,その上面に複数の穴30bがプレス加工,またはフオトエッチング加工によって形成されている。また,スリ−ブ30は,それぞれ外径の異なる複数の環状板30aが交互に積層されたものである。この積層体によって,熱交換媒体の流通路(円周方向の矢印参照)としての環状溝30cが形成されると共に,穴30bが縦方向に一直線に積層された場合には,直線状の作動ガス流通路が形成される。また,この穴30bが縦方向に一直線ではなく,縦方向に少しずつずらして積層されると,積層体の穴によって形成される作動ガス流通路はスパイラル状,または波状に構成することが可能である。
【0011】また,この穴30bの大きさを変化させたり,穴に凹凸を加工することにより作動ガス流通路にフィンを形成することが可能となる。また,そのスリ−ブ30の外周には熱交換媒体の流入側連通口30d,流出側連通口30e及び両側連通口30f(図3,図4参照)とが形成され熱交換媒体の流通が行われる。このスリ−ブ30の詳細構造は図3の斜視図に示される通りである。流入側連通口30d及び流出側連通口30eは,それぞれ外装ケ−ス40の熱交換媒体入口40aと熱交換媒体出口40bと連通している。外装ケ−ス40は,筒体40cを備え,その上下両端にはそれぞれフランジ40d及び40eが形成されており,そのフランジにはそれぞれ取り付け用のボルト穴40fが設けられている。熱交換媒体入口40aと熱交換媒体出口40bは,それぞれフランジ40e及び40dに設けられている。なお,スリ−ブ30と外装ケ−ス40との組み立ては,例えばロ−付け又はOリング等を用いて行われる。
【0012】図4は,図2に示すスリ−ブ30及び外装ケ−ス40の縦断正面図であり,穴30bの形状,両側連通口30f,外周環状溝30c等の形状及び熱交換媒体の入口Aと出口Bが明瞭に示されている。また,図5は,図4のV−V線に沿った断面図で,スリ−ブ30と外装ケ−ス40との間に形成される環状溝30c,両側連通口30f等が明瞭に示されている。スリ−ブ30の内周面は切削加工されてシリンダ内壁30gが形成される。本発明の実施例は,上記のように積層される外径の異なる複数枚の環状板のそれぞれに複数の穴を設けたので,熱交換媒体の分流が良好となり,積層体の内周面を研磨仕上げしてシリンダ壁そのものとしたので,別体のシリンダが必要なくなり構成部品の点数が削減できるようになった。
【0013】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されるから,次のような優れた効果を有する。
■従来のもののように熱交換媒体の分流が良好となることによる熱伝達の促進,熱交換媒体出入口付近にヘッダ等を設ける必要がないため,軸心方向の寸法の短縮,熱交換媒体循環方法の変更調整を容易にできるようになった。
■このように,外径の異なる積層体のため伝熱面が粗くなることによる熱伝達の促進,作動ガス流通路を容易にスパイラル状や波状等にできるため,同容積で伝熱面積が増加するため伝熱促進が可能となった。
■また,穴形状の調整で容易にフィンを形成することができるので,さらに伝熱促進が可能である。
■この結果,構成部品の個数も大幅に削減できる。




 

 


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