(57)【要約】【課題】従来技術による往復形熱交換器においては、部品形状が複雑となり、生産性を上げることが困難であること、作動に関わらない死容積が増加し小型化が困難なこと、及び流入側と流出側との作動流体間の熱的結合を防ぎにくい事が本発明で解決しようとしている課題である。【解決手段】上記課題を解決するため、作動流体の流入口１０ａと流出口１０ｂに接続された分配空間１１を備えたハウジング１０と、一端が閉鎖され他端がハウジングに接続された複数の伝熱管３０と、伝熱管３０内を往路と復路に分割する仕切板２０を備えた往復形熱交換器において、隣接する仕切板２０の基底部を伝熱管３０の中心軸と略平行な連続面より成る隔壁部２１によって連結し、隔壁部２１は上記分配空間１１を流入空間１１ａと流出空間１１ｂに区画するよう構成したことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の流入口と流出口に接続された分配空間を備えたハウジングと、一端が閉鎖され他端がハウジングに接続された複数の伝熱管と、伝熱管内を往路と復路に分割する仕切板を備えた往復形熱交換器であって、隣接する仕切板の基底部は伝熱管の中心軸と略平行な連続面より成る隔壁部によって連結され、隔壁部は上記分配空間を流入空間と流出空間に区画するよう構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
隣接する仕切板の基底部を連結する手段には、仕切り板相互の相対位置の少量の変化を許容する可動部を設けたことを特徴とする請求項１の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一端が閉鎖された複数の伝熱管を用いた往復形熱交換器に関し、特に熱交換面積の増大と生産性と保守性の向上を容易に実現するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝熱管内部の作動流体と外部との間で熱の授受をおこなう熱交換器では、熱の授受に関わる熱交換面積の増大を図りつつ如何に小型に且つ、少ない流動抵抗で行うかが課題であり、このため多数の細管を直列または並列に配置接続する事が一般的である。
また配置の都合上などにより作動流体の往路と復路を同一面に持ってくることが必要な場合があり、多数の伝熱管を折り返し空間に接続するか、あるいはＵ字型に曲げた伝熱管を用いる構造が知られている。しかしこの構造の熱交換器は加工の難しさに加え、異物が付着しやすく、また付着時に対する清掃など保守性が著しく低いものであった。
【０００３】
この保守性を向上させるため、伝熱管の一端を閉鎖した自由端として、伝熱管内部に往復路を形成するよう二重管構造とすること、あるいは図７に例示されるよう仕切り板２０を設けて往復路を形成する往復形熱交換器が提案されている。
【０００４】
しかしながら図７に例示する従来技術では伝熱管３０に部分的切欠き加工や、管板８１には同図矢視図に示される半月形の特殊な穴加工が必要であるなど部品形状が複雑で、組み立て時にもそれぞれの相対位置と方向を厳密に一致させねばならず、生産性を挙げることも困難であった。
【０００５】
さらに、流入空間１１ａ、流出空間１１ｂが積層される位置となるため小型化の妨げになり、加えて管板８１は大面積とならざるを得ず、このため流入側と流出側の作動流体間の熱交換効率上好ましくない熱的結合を小さくする事が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−８４１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように従来技術による往復形熱交換器においては、部品形状が複雑となり、生産性を上げることが困難であること、作動に関わらない死容積が増加し小型化が困難なこと、及び上記好ましくない熱的結合を防ぎにくい事が本発明で解決しようとしている課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、作動流体の流入口と流出口に接続された分配空間を備えたハウジングと、一端が閉鎖され他端がハウジングに接続された複数の伝熱管と、伝熱管内を往路と復路に分割する仕切板を備えた往復形熱交換器において、隣接する仕切板の基底部を伝熱管の中心軸と略平行な連続面より成る隔壁部によって連結し、隔壁部は上記分配空間を流入空間と流出空間に区画するよう構成したことを特徴としている。
【０００９】
また、隣接する仕切板の基底部を連結する手段は、仕切り板相互の相対位置の少量の変化を許容する可動部を含むよう構成し、各部品の要求精度を低減させるとともに温度変化に伴う膨張による過大な応力の発生を防ぐ事も可能としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱交換器では、上記のように構成したため、非常に単純な形状の部品のみで往復形熱交換器を構成する事ができ、上記保守性はもとより、部品の製造、組み立てが容易で生産性を高める事できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明をスターリングエンジンに適用した実施例１の説明図である。
【図２】図２は実施例１の組み立て構造を説明する分解図である。
【図３】図３は図１に示すＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図４は本発明を排熱回収装置に適用した実施例２の説明図である。
【図５】図５は実施例２の裏蓋を外して裏面より見た説明図である。
【図６】図６は実施例２におけるさらに別の構造例を示す説明図である
【図７】図７は従来例を示す説明図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
単純な形状の部品のみで往復形熱交換器を構成する事ができ、上記保守性はもとより、部品の製造、組み立てが容易で生産性を高める事ができる熱交換器を実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明をスターリングエンジンに適用した実施例１の説明図である。
【００１４】
放熱器を兼ねたシリンダーブロック５０には略中央に作動流体の通路となる開口５１ａを備えたシリンダー５１が固定され、シリンダー５１には、膨張空間５２と収縮空間５３の容積比率を変化させるディスプレーサ６０と、両空間の圧力変化により出力を取り出すパワーピストン６１が設けられ、クランク装置７０により相互に所定位相差で駆動されるよう構成されている。
【００１５】
シリンダーブロック５０の一端にはハウジング１０が固定され、ハウジング１０には伝熱管３０が本実施例では１２本植設されていると共に、膨張空間５２と収縮空間５３とを連通する空間には例えばスプリングメッシュなどを充填した蓄熱式熱交換器である再生器４０が備えられている。
【００１６】
伝熱管３０は一端が閉鎖された円管状に形成され、多端がハウジング１０に接続されているとともに、一端に折り返し空間を確保して、伝熱管３０内を往路３０ａと復路３０ｂに分割する仕切り板２０が挿通されている。
【００１７】
仕切り板２０は図２の分解図に示されるようその基底部が隔壁部２１により櫛状に連結されている。
【００１８】
なお、この仕切り板２０は円筒状の素材に切り込みを入れるか、または平板状の素材をあらかじめ櫛状に成型して後カール加工を施すなど任意の加工法が選択できる。
【００１９】
仕切板２０は伝熱管３０を往路３０ａと復路３０ｂに仕切るとともに、図３に示されるよう、隔壁部２１によってハウジング１０内の分配空間１１を流入空間１１ａと、流出空間１１ｂとに区画している。
【００２０】
次に以上のように構成された熱交換器の動作について簡単に説明する。
【００２１】
ディスプレーサ６０により押し出された膨張空間５２の作動流体は、流入口１０ａ、流入空間１１ａを通り、伝熱管３０の往路３０ａ、復路３０ｂを経由して流出空間１１ｂへと流動し、このとき伝熱管３０の外部と作動流体間の熱交換が行われる。
【００２２】
さらに作動流体は再生器４０を経由してその熱を再生器４０に預けるとともにシリンダーブロック５０により冷却され収縮空間５３へと至る。
【００２３】
一方、逆の行程においては、収縮空間５３からの作動流体は再生器４０から熱を受け取ってのち復路３０ｂ、往路３０ａを経由する間にさらに外部より加熱され、膨張空間５２に高温で流入する。
【００２４】
これにより収縮空間５３と膨張空間５２との間には温度差が与えられ、相互に連通した膨張空間と収縮空間と、それぞれの容積を所定の位相差をもって変化させる手段を備えた熱機関はスターリングサイクル機器として広く知られるものである。このため、各行程の動作は詳述しないが、これにより伝熱管３０の外部に与えられた燃焼ガスなどの熱エネルギーをクランク装置７０の動力として取り出すことができる。
【実施例２】
【００２５】
図４及び図５または図６は本発明を特に排気管の廃熱利用装置に適用した例であり、図４はその中心断面図、図５は図４において裏蓋８２を外し裏面より見た図である。
【００２６】
排気管８０の内部には本実施例では１５本の伝熱管３０の自由端が臨み、他端はハウジング１０に接続されている。
【００２７】
ハウジング１０には複数の隔壁部２１が、分配空間１１を流入空間１１ａと、流出空間１１ｂに区画し、中間部分は一方の流出空間が他方の流入空間に相当するよう区画され、伝熱管３０は、５本並列接続された３組の伝熱管群が直列接続される構成となっている。
【００２８】
ここで隔壁部２１は、可撓部２１ａを備えている。これにより隣接する仕切り板２０の相対位置は微小量の変化を許容する事ができる。
【００２９】
排熱を持った排気は排気管８０を図５の左から右に流れ、伝熱管３０はこれより熱を受け取る。一方、同図右の流入口１０ａから流入した作動流体は隔壁部２１によりそれぞれの伝熱管３０の往路３０ａ、復路３０ｂを３回経て流出口１０ｂに至り、この間に逐次上記排気と作動流体との間で熱交換が行われる。
【００３０】
ここで、隣接する仕切板２０相互の基底部を隔壁部によって連結する手段は一体成型した構造に限らない。図６に示されるよう各伝熱管３０にそれぞれ対応する舌片状の仕切り板２０を、伝熱管の中心軸と略平行に設けた連結部１０ｃによって連結してもよい。
【００３１】
また、本実施例では連結部１０ｃと隔壁部２１の側端との間には隙間２１ｂを設けて隣接する仕切り板２０の相対位置を微小量可動とし、各部品の要求精度を低減している。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
製作の容易な単純な形状の部品のみで組み立て性や保守性の良好な熱交換器を提供する事ができ、特に多数の伝熱管を用途や作動流体の特性に合わせて直列、並列自在に配置できるためスターリングエンジンの熱交換器に限らずさまざまな用途に適用できる。
【００３３】
実施例では簡略のため図示していないが、伝熱管外部に伝熱面積増大のためのフィンを組み合わせることも自在である。この場合伝熱管が自由端を持っているため加工、製作が非常に容易で、大気中に熱を放散する種々のラジエターにも応用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ハウジング、１０ａ  流入口、１０ｂ  流出口、１０ｃ連結部
１１  分配空間、１１ａ  流入空間、１１ｂ  流出空間
２０  仕切り板、
２１  隔壁部、２１ａ  可撓部、２１ｂ  隙間
３０  伝熱管
４０  再生器
５０  シリンダーブロック
５１  シリンダー
５２  膨張空間、５３  収縮空間、５４  フランジ
６０  ディスプレーサ、６１  パワーピストン
７０  クランク装置
８０  排気管
８１  管板、８２  裏蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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