(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給流体を収容するためのチャンバの少なくとも一部として機能し得るよう構成された壁を備えた装置であって、
前記装置が、前記壁の外側にこの壁と一体的に形成された熱交換器部分を備え、
前記熱交換器部分が、この熱交換器部分を通って延在する一群をなす複数の導管を備え、
前記一群をなす複数の導管が、前記壁の前記熱交換器部分の外部に対しての流体連通を提供し、
前記熱交換器部分が、前記供給流体を収容する前記壁の強度に寄与することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記供給流体が、加圧されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、
前記壁が、シリンダ壁と、シリンダヘッドと、の一方とされていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の装置において、
前記壁が、タービンコンプレッサのケーシングと、タービンエキスパンダのケーシングと、の一方とされていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
前記壁が、スクロールコンプレッサまたはスクロールエキスパンダの、
ケーシングと；
固定スクロールと；
可動スクロールと；
のいずれかの一部とされていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
前記壁が、
スターリングサイクル機械と；
エリクソンサイクル機械と；
のいずれかの一部とされていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管が、
前記供給流体を冷却し得るよう構成された冷却用導管と；
前記供給流体を加熱し得るよう構成された加熱用導管と；
の一方とされていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管が、前記供給流体との熱交換のために単一の熱交換流体を搬送し得るよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管が、この一群をなす複数の導管の中の他の導管によって搬送されている流体に対して熱交換を行い得るよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管が、第１導管と、第２導管と、を備え、
前記第１導管が、前記第２導管の少なくとも一部に関して前記第２導管の中に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記第１導管と前記第２導管とが、一対をなす同心導管を形成し、
前記第１導管が、前記第２導管の壁を貫通していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管のうちの少なくともいくつかの導管が、導入ポートと導出ポートとを備え、
前記導入ポートと前記導出ポートとが、前記供給流体に対しての流体連通を提供することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置において、
前記一群をなす複数の導管が、前記一群をなす複数の導管の少なくとも一部を通しての横断面において格子をなすようにして配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、
前記格子が、六角形横断面形状を有した複数の外側導管と、前記外側導管の中に配置された複数の内側導管と、を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置において、
前記壁が、前記熱交換器部分によって追加された強度がなければ前記装置の動作時に前記供給流体を収容し得ないような強度を有していることを特徴とする装置。
【請求項１６】
供給流体を収容するためのチャンバの少なくとも一部として機能し得るよう構成された壁を備えた装置の少なくとも１つの構成部材を製造するための方法であって、
溶融されることとなる材料からなる連続した複数の層を準備し；
所定の構成に応じて各層の所定領域をエネルギービームによって溶融させ、これにより、前記各層を順次的に融着させ、これにより、各層の溶融部分が次なる層の溶融部分に対して融着してなる中実構造を形成する；
という方法において、
前記エネルギービームによる溶融によって、前記壁と熱交換器部分とを一体的に形成し、
前記熱交換器部分を、この熱交換器部分を通って延在する一群をなす複数の導管を備えたものとし、
前記一群をなす複数の導管を、前記壁の前記熱交換器部分の外部に対しての流体連通を提供するものとし、
前記熱交換器部分を、前記供給流体を収容する前記壁の強度に寄与するものとすることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、
前記溶融されることとなる材料を、粉末とし、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、溶融の際に前記粉末を通しての多孔性を制御することによって、前記一群をなす複数の導管を形成することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法において、
前記供給流体を、加圧されたものとすることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法において、
前記壁を、シリンダ壁と、シリンダヘッドと、の一方とすることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法において、
前記壁を、タービンコンプレッサのケーシングと、タービンエキスパンダのケーシングと、の一方とすることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法において、
前記壁を、スクロールコンプレッサまたはスクロールエキスパンダの、
ケーシングと；
固定スクロールと；
可動スクロールと；
のいずれかの一部とすることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法において、
前記壁を、
スターリングサイクル機械と；
エリクソンサイクル機械と；
のいずれかの一部とすることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の方法において、
前記一群をなす複数の導管を、
前記供給流体を冷却し得るよう構成された冷却用導管と；
前記供給流体を加熱し得るよう構成された加熱用導管と；
の一方とすることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記一群をなす複数の導管を、前記供給流体との熱交換のために単一の熱交換流体を搬送し得るよう構成することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記一群をなす複数の導管を、この一群をなす複数の導管の中の他の導管によって搬送する流体に対して熱交換を行い得るよう構成することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記一群をなす複数の導管を、第１導管と、第２導管と、を備えたものとし、
前記第１導管を、前記第２導管の少なくとも一部に関して前記第２導管の中に配置することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、
前記第１導管と前記第２導管とによって、一対をなす同心導管を形成し、
前記第１導管を、前記第２導管の壁を貫通したものとすることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１６〜２７のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記一群をなす複数の導管のうちの少なくともいくつかの導管を、導入ポートと導出ポートとを備えたものとし、
前記導入ポートと前記導出ポートとを、前記供給流体に対しての流体連通を提供するものとすることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１６〜２８のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記一群をなす複数の導管を、前記一群をなす複数の導管の少なくとも一部を通しての横断面において格子をなすようにして配置することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、
前記格子を、六角形横断面形状を有した複数の外側導管と、前記外側導管の中に配置された複数の内側導管と、を備えたものとすることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１６〜３０のいずれか１項に記載の方法において、
前記エネルギービームによる溶融に際しては、前記壁を、前記熱交換器部分によって追加された強度がなければ前記装置の動作時に前記供給流体を収容し得ないような強度を有したものとすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー保存産業および再生エネルギー産業における炭素節約用途に関して、小型で高効率のヒートエンジンが、ますます要望されている。それら用途には、ミクロコンバインド熱電型の集中型太陽電力や、コンバインド熱電型のヒートポンプや、廃熱やプロセス熱からの電力や、小型の固体バイオマスシステムからの電力、がある。長年にわたって、スターリングエンジンが、好ましい主要な駆動源であった。主要な要因は、スターリングサイクルの理論効率が大きいことによる。しかしながら、実用的には、技術的問題点は、そのような理論効率の大部分が妨害されていることであり、また、コストが高いままであることである。その結果、スターリングエンジンは、大規模に市販されるには至っていない。
【０００３】
スターリングエンジンが市販されていないことの理由の１つは、スターリングエンジンのピストンの位相はずれの往復が、周期的に変動するガス条件に対して、逆向きの不安定な供給ガスフローを生成することのために、エンジン性能にとって重要な熱交換器が、サイクルの１つのポイントでしか性能を発揮できず、サイクルの残部では最適ではないことである。また、膨張後に供給ガスの異常加熱が起こり、圧縮後に供給ガスの異常冷却が起こる。双方の要因は、熱交換器の負荷を増大させ、高温端におけるエアの予熱の必要性を増大させ、低温端における排熱の必要性を増大させる。
【０００４】
第２の理由は、低圧燃焼ガスと高圧供給ガスとの間において熱伝達の深刻な不均衡が存在することであり、冷却機において小さいけれども同様に深刻な不均衡が存在することである。ヒータにおいては、このことは、熱伝達のクロスフローモードによって誇張される。内容積をそれほど増大させることなくヒータの外側における表面積密度の増大、および、向流式の／並列流式の熱交換器の採用は、不均衡を低減させるけれども、従来的な製造方法においては、コスト的に有利な態様ではこれらを行うことができない。
【０００５】
それら２つの要因は、一般に、スターリングエンジンに影響し、とりわけ、その熱交換器は、理論的に予想されるものよりも、より大きなもの、より高価なもの、そして、より効率の悪いもの、となってしまう。
【０００６】
それら用途においては、他のエンジンおよび／またはサイクルが提案されており、いくつかの場合においては、それらが使用されている。そのような例には、ロータリーブレイトンサイクルマイクロタービンや、リバースモードで動作するスクロールコンプレッサ技術をベースとしたエキスパンダ付きの有機ランキンサイクル、がある。構成部材の回転移動や軌道移動は、スターリングエンジンの不安定フローという問題点を低減させ、タービンの場合にはそのような問題点を除去する。しかしながら、理論的なサイクル効率は、スターリングエンジンほども高くはなく、スターリングエンジンの場合と同様に、熱交換器の性能における制限が、他の要因と合わせて、潜在的に大きな市場の要求に反している。
【０００７】
熱交換器の問題点に対する部分的な解決策が、特許文献１，２に開示されている。特許文献１，２は、例えばレーザービームといったようなエネルギービームに基づく粒子ベースの追加層技術によって製造されたような、熱交換器のためのダクトの構成を開示している。そのような製造技術は、様々な名称によって公知である。そのような１つの名称は、選択的レーザー融解（Selective Laser Melting,  ＳＬＭ）である。ＳＬＭを使用することにより、特許文献１に記載されているようなコンパクトな熱交換器／リアクタを製造することができる。ＳＬＭによって製造された構成部材は、通常は、厚い金属プラテン上に構築され、多くの場合、構成部材と金属プラテンとの間にＳＬＭによって製造された支持体が介装され、その後、構築の完了後に、機械加工や他の適切な方法によって、プラテンから取り外される。ＳＬＭにより、他の製造技術では実現できない組合せでもって、大きな表面／容積比率を有した、小さな流体直径を有した、そして、３Ｄ構成のほぼ完全な自由度を有した、よりコンパクトな熱交換器が可能とされる。
【０００８】
他の潜在的な解決策は、市販のスクロールコンプレッサ技術に基づくブレイトンサイクルヒートエンジンである。特許文献３は、そのようなヒートエンジンを開示している。それのメインの機械的構成部材は、低温のスクロールコンプレッサと、高温のスクロールエキスパンダと、である。それらの各々は、通常は、ケーシングと、固定スクロールと、軌道スクロールと、付属のバルブと、ダクトと、ベアリングと、他の構成部材と、を備えている。特許文献３は、さらに、スクロールのケーシングの外側領域に対するフィンの態様とされた加熱表面と、スクロールハウジングの外周に付設された加熱チャンバと、を開示している。利点は、エキスパンダ内で膨張する際に供給ガスを加熱するための手段であるとともに、コンプレッサ内で圧縮される際に供給ガスを冷却するための手段を提供することである。これにより、膨張プロセスおよび圧縮プロセスを、理想的なものに近づけることができ、最も効率的な可能な等温ガスプロセスに近づけることができる。利点は、ブレイトンサイクルから、潜在的により効率的なエリクソンサイクルへと、エンジンサイクルが変化したときには、妨害されてしまう。しかしながら、それらフィンが、効率における差を形成するのに十分な増大した熱伝達手段を提供することは、できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ−Ａ−２００６／０６４２０２
【特許文献２】ＷＯ−Ａ−２００８／０４７０９６
【特許文献３】ＷＯ−Ａ−２００３／０６９１３０
【特許文献４】ＷＯ−Ａ−２００６／００８４６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献４は、往復ピストンエンジンのための中実構造および円筒形構成部材を製造するための方法が開示されている。往復ピストンエンジンは、互いに離間して配置された複数のチューブの態様とされており、レーザー融解によって形成されたスペーサによって互いに離間して保持されている。スペーサは、フィンを有することができ、これにより、チューブどうしの間の隙間容積内の流体に対しての熱伝達を増強することができる。隙間容積は、真空引きすることができる、また、流体によって充填することができる、また、固化する材料によって充填することができる、また、様々な用途で利用することができる。隙間容積は、様々な程度に加圧することができ、これにより、様々な薄壁チューブどうしの間の構造に対して印加された応力を分散させることができる。これにより、機械的負荷および熱的負荷を、レーザー融解によって形成されたスペーサによって互いに離間して保持された複数のチューブにより形成された構造にわたって分散させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一見地は、供給流体を収容するためのチャンバの少なくとも一部として機能し得るよう構成された壁を備えた装置を提供することであり、壁は、壁と一体的に形成された熱交換器部分を備え、熱交換器部分は、この熱交換器部分を通って延在する一群をなす複数の導管を備え、導管は、壁の熱交換器部分の外部との流体連通を提供し、熱交換器部分が、供給流体を収容する壁の強度に寄与する。
【００１２】
本発明による技術は、サイズおよび重量の低減を目的とし、例えばコンプレッサやヒートポンプやタービン等といったようなヒートエンジンや他の機構の効率の向上を目的とする。本発明による技術においては、供給流体を収容するためのチャンバの少なくとも一部として機能する壁に対して、熱交換器を一体的に形成する。熱交換器は、一群をなす複数の導管の少なくともいくつかを介して、熱交換器の外部に対して、流体連通する。これにより、熱を、熱交換器から伝達することができる、あるいは、熱交換器内へと伝達することができる。したがって、供給流体から伝達することができる、あるいは、供給流体へと伝達することができる。本発明においては、そのような熱伝達のために設けられた熱交換器を使用することにより、供給流体を収容するためのいくらかの構造的強度を、壁に対して付与することができる。熱交換器は、熱交換機能を提供することができる。しかしながら、本発明によってもたらされる追加的な利点は、熱交換器を、供給流体を収容するための壁に対して一体的に形成することである。これにより、熱交換器は、壁に対して、強度の一部を付与することができる。よって、壁は、熱交換器によって壁に対して追加された強度が無い場合と比較して、より薄いものとして形成することができる（重量および材料の節約）。熱交換器は、供給流体に対して近接していることの利点を受ける。これにより、熱を、熱交換器の外部に対しておよび供給流体に対して伝達して交換することができる。加えて、本発明による技術は、供給流体の圧縮プロセスおよび膨張プロセスに対して熱交換器を組み込むという可能性を提供する。このことは、機械のサイクル効率を有利に変更し得ることを意味する。一例は、上述されており、スクロールコンプレッサ技術をベースとしたエンジンの効率を改良することができる。第２は、マイクロタービンに対しての中間冷却および／または中間加熱の使用である。従来技術においては、中間冷却および中間加熱は、大規模なタービンの場合においてのみ、コスト的に有利である。それは、追加的なコストや、追加的な材料や、追加的なサイズや、追加的な重量、のためである。本発明は、中間冷却および中間加熱がコスト的に有利となるような程度にまで、必要とされる追加的な熱交換器部分のコストやサイズや重量を低減し得る可能性を提供する。
【００１３】
ＳＬＭを使用することにより、壁および熱交換器部分を製造することができる。
【００１４】
これは、上述したようなＳＬＭ熱交換器の利点をもたらすだけでなく、例えば熱源と動作流体との間のより直接的な熱交換連結を提供することができ、マニホールドや配管や連結部分のサイズや重量やコストを低減することができる。一例は、シリンダとこのシリンダの外表面上に配置されたダクトとの組み合わせ的なＳＬＭ構築である。
【００１５】
シリンダの場合には、シリンダの軸線に対して平行なダクトの構造は、内側および外側のシリンダ壁内に収容された格子構造を形成することができる。これら２つの壁の合計厚さを、ダクトの格子構造によって提供された強度のために、元々の中実シリンダ壁と比較して、より薄いものとすることができる。極端な場合においては、ダクト構造は、必要な強度のすべてを提供し、追加的なシリンダ壁は、必要とされない。当然のことながら、要求によっては、薄いライニングによって、構造の内表面を形成することができる。これにより、表面として機能することができる。例えば、ピストンリングを接触させることができる。
【００１６】
例えば、スターリングエンジンのシリンダやバーナーやヒータやエアプレヒータは、ＳＬＭを使用して構成することができる。例えばレキュペレータといったような他の構成部材を、同じくＳＬＭによって一体化することもできる。他の実施形態においては、上述したような一体化部材は、ケーシングを設けないことができる。これに代えて、一体化部材は、溶接やロウ付けや熱収縮や接着や他の手段によって薄い壁のケーシングに対して取り付けられた円筒形状の構成部材を形成することができる。
【００１７】
これにより、ヒートエンジンおよび他の機械の多様な通常の中実構成部材を、格子構造として形成することができる。よって、使用材料の量の低減したとしても、必要とされる仕様の強度に適合することができる。熱交換器部分は、必要とされる強度の少なくともいくらかを提供する、あるいは、追加的な非熱交換器部分を設けることにより、構造的強度や他の所望特性を確保することができる。例えば、通常は加圧シリンダの中実壁とされるものは、２つのずっと薄いＳＬＭ壁内に収容されたＳＬＭ格子から構成することができる。これにより、強度や他の仕様に適合した構造能力を損なうことなく、構造を軽量化して使用材料の量を低減することができる。多くの場合、格子構造内に熱交換ダクトを組み合わせ得ることは、明らかである。これにより、構造のいくつかの構成部材は、熱交換機能と構造的機能との双方を達成することができる。これにより、さらなる材料節約やさらなるコスト低減やさらなる重量低減を達成することができる。いくつかの場合においては、構造は、加圧されたダクト上への力が、シリンダの内部の圧力によってシリンダ壁上に印加される力に対抗し得るように、構成することができる。これにより、さらなる材料節約やさらなるコスト低減やさらなる重量低減を達成することができる。
【００１８】
供給流体は、加圧することができる。このような加圧された供給流体は、加圧された供給流体を収容するために、チャンバ壁に強度を必要とする。
【００１９】
壁は、典型的には往復式シリンダやピストン構成において使用されるような、シリンダ壁と、シリンダヘッドと、の一方とすることができる。
【００２０】
本発明を使用することにより、タービンコンプレッサのケーシング、および／または、タービンエキスパンダのケーシング、において、利点を受けることができる。
【００２１】
本発明の可能な応用においてさらに有利な技術分野は、壁が、スクロールコンプレッサまたはスクロールエキスパンダの、ケーシングと；固定スクロールと；可動スクロールと；のいずれかの一部とされた場合である。
【００２２】
本発明は、壁が、スターリングサイクル機械と；エリクソンサイクル機械と；のいずれかの一部とされた場合に、応用することができる。これらの実施形態は、サイクルが一方向において使用された際にエンジンを包含し、サイクルが逆向きにおいて使用された際にヒートポンプや冷却器や冷蔵庫を包含する。
【００２３】
上述したように、熱交換器を使用することにより、用途に応じて、供給流体を冷却したり、あるいは、供給流体を加熱したり、することができる。いずれの場合でも、熱を、熱交換器部分と壁の熱交換器部分の外部との間にわたっての流体連通によって、伝達することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、一群をなす複数の導管は、供給流体との熱交換のために単一の熱交換流体を搬送し得るよう構成することができる。他の実施形態においては、一群をなす複数の導管は、この一群をなす複数の導管の中の他の導管によって搬送されている流体に対して熱交換を行い得るよう構成することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、一群をなす複数の導管は、第１導管と、第２導管と、を備えることができ、第１導管は、第２導管の少なくとも一部に関して第２導管の中に配置することができる。そのような導管内に導管が収容された熱交換器構成は、大いに効率的なものとすることができる。導管どうしは、必ずしも同心的である必要はない。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、第１導管と第２導管とは、一対をなす同心導管を形成し、第１導管は、第２導管の壁を貫通している。
【００２７】
いくつかの実施形態においては、一群をなす複数の導管のうちの少なくともいくつかの導管は、導入ポートと導出ポートとを備え、導入ポートと導出ポートとは、供給流体に対しての流体連通を提供する。これにより、供給流体に対しての熱交換を、増強することができる。それは、供給流体を、一群をなす複数の導管のうちのいくつかの導管の中にわたって、流し得るからである。
【００２８】
一群をなす複数の導管は、一群をなす複数の導管の少なくとも一部を通しての横断面において格子をなすようにして配置されているように、構成することができる。これは、稠密で効率的な構成を提供する。そのような格子の場合には、六角形横断面形状を有した複数の外側導管と、外側導管の中に配置された複数の内側導管と、を設けることができる。そのような構成は、熱交換器部分内における複数の導管の効率的なパッキングをもたらす。
【００２９】
熱交換器部分は、壁の強度に寄与する。いくつかの実施形態においては、壁は、熱交換器部分によって追加された強度がなければ装置の動作時に供給流体を収容し得ないような強度を有したものとすることができる。他の実施形態においては、壁は、熱交換器部分の寄与がなくても通常動作に関する十分な強度を有したものとして構成することができる。しかしながら、熱交換器部分は、より改良された頑丈さやより高い信頼性が要望された場合に、供給流体の収容に際しての強度に関しての余裕度を追加するように機能する。
【００３０】
本発明の他の見地においては、供給流体を収容するためのチャンバの少なくとも一部として機能し得るよう構成された壁を備えた装置の少なくとも１つの構成部材を製造するための方法であって、
溶融されることとなる材料からなる連続した複数の層を準備し；
所定の構成に応じて各層の所定領域をエネルギービームによって溶融させ、これにより、各層を順次的に融着させ、これにより、各層の溶融部分が次なる層の溶融部分に対して融着してなる中実構造を形成する；
という方法において、
エネルギービームによる溶融によって、壁と熱交換器部分とを一体的に形成し、熱交換器部分を、この熱交換器部分を通って延在する一群をなす複数の導管を備えたものとし、一群をなす複数の導管を、壁の熱交換器部分の外部に対しての流体連通を提供するものとし、熱交換器部分を、供給流体を収容する壁の強度に寄与するものとするような方法が提供される。
【００３１】
壁と熱交換器部分との一体的な形成が、例えばＳＬＭ技術といったようなエネルギービーム溶融技術を使用して、従来的に得られることは、理解されるであろう。
【００３２】
以下においては、例示の目的のために、添付図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】供給流体を収容するための従来技術によるシリンダを概略的に示す図である。
【図２】供給流体を収容するための本発明によるシリンダを概略的に示す図であって、シリンダ壁内に一体的に形成された熱交換器を備えている。
【図３】シリンダ壁内のダクトに関しての様々な構成を概略的に示す図である。
【図４】シリンダ壁内のダクトに関しての様々な構成を概略的に示す図である。
【図５】シリンダ壁内のダクトに関しての様々な構成を概略的に示す図である。
【図６】格子状をなす複数のダクトを概略的に示す断面図である。
【図７】スクロールコンプレッサを概略的に示す図であって、固定スクロールと可動スクロールとのいずれかの中に複数のダクトを備えている。
【図８】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図９】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１０】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１１】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１２】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１３】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１４】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１５】スクロールコンプレッサの壁内における様々な導管構成を概略的に示す図である。
【図１６】熱交換器導管を有したチャンバ壁が組み込まれたスターリングエンジンを概略的に示す図である。
【図１７】熱交換器導管を有したチャンバ壁が組み込まれたスターリングエンジンを概略的に示す図である。
【図１８】熱交換器導管を有したチャンバ壁が組み込まれたスターリングエンジンを概略的に示す図である。
【図１９】タービンコンプレッサを概略的に示す図である。
【図２０】タービンエキスパンダを概略的に示す図である。
【図２１】シリンダを概略的に示す図であって、シリンダは、複数の導管を提供するための制御された多孔性を有した材料として形成された熱交換器部分を備えている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、例えば往復ピストンエンジンにおいて使用されるシリンダといったような、従来技術によるシリンダを示している。このシリンダは、供給ガス２を収容している。供給ガス２は、シリンダ壁４によって収容されなければならない。シリンダ壁４は、中実であり、供給ガス２を収容し得るに十分な強度を有した厚さを有している。
【００３５】
図２は、往復ピストンエンジンのためのシリンダ６を示している。このシリンダ６は、供給ガス８を収容している。シリンダ６の壁は、中実部分１０と、熱交換器部分１２と、を備えている。熱交換器部分は、一群をなす複数の導管を形成するための、複数の導管を有している。この一群をなす複数の導管は、シリンダ６の外部に対して流体連通している。よって、熱交換器部分１２内の複数の導管を通しての流体連通により、熱を、シリンダ６から外部へと伝達することができる、あるいは、シリンダ６へと伝達することができる。
【００３６】
図２により、壁の中実部分１０が、図１におけるシリンダ壁と比較して、より薄いことを理解することができる。図２の壁の中実部分１０は、熱交換器部分１２によってシリンダ６に対して追加的な強度が付与されることのために、より薄いものとして形成することができる。よって、供給ガス８を収容するために必要な、および、供給ガス８に対しての熱交換機能のために必要な、材料の合計量を、熱交換器部分１２の組合せ使用によって、低減することができる。この場合、熱交換器部分１２は、熱交換機構として機能するとともに、供給ガス８の収容に際してシリンダ６の強度を向上させるように機能する。
【００３７】
図３は、熱交換器部分１２を通しての導管の構成の一例を示している。この例においては、導管は、シリンダ６の中心軸線に対して平行に延在している。導管は、シリンダ６の外部に位置した例えば他の熱交換器といったような他のデバイスに対しての流体連通のための導入ポートおよび導出ポートを有している。
【００３８】
図４は、他の変形例を示している。この実施形態においても、導管は、シリンダの中心軸線に対して平行に延在している。しかしながら、この実施形態においては、シリンダの長手方向に沿って、複数の導管部分が設けられている。これら導管部分の各々が、シリンダの外部に対して、それぞれ、流体連通している。
【００３９】
図５は、他の変形例を示している。この実施形態においては、導管は、熱交換器部分１２の中に延在する螺旋部分に沿った経路に追従している。この場合にも、導管は、導入ポートと導入ポートとを有している。
【００４０】
図６は、一群をなす複数の導管に関する横断面を示している。一群をなす複数の導管は、格子状の（規則的な）配列で配置されており、円形の内側導管１６を各々が収容した六角形横断面形状の外側導管１４が設けられている。内側導管１６は、典型的には、内側導管１６の長手方向に沿ったいくつかのポイント（例えば、マニホールド部分）において、外側導管１４の壁を貫通している。図６の構成は、熱交換器部分１２内において、稠密で規則的で高強度な構成を提供する。
【００４１】
図７は、スクロールコンプレッサ１８を概略的に示している。スクロールコンプレッサ１８は、スクロールエキスパンダとしても同様に機能することができる。スクロールコンプレッサに関する以下の説明は、スクロールエキスパンダに対しても、同様に適用することができる。
【００４２】
スクロールコンプレッサ１８は、ケーシング２０と、固定スクロール２２と、可動スクロール２４と、を備えている。固定スクロール２２は、一群をなす複数の導管２６を備えている。これら導管２６は、固定スクロール２２をなす壁の内部において、熱交換器部分を形成する。導管２６は、スクロールコンプレッサ１８の回転軸線に対して垂直な平面内に位置している。複数の導管２６のうちの少なくともいくつかは、スクロールコンプレッサ１８の外部に対して流体連通している。これにより、熱を、スクロールコンプレッサ１８の内外にわたって伝達することができる。複数の導管１６のいくつかを、供給ガス２８に対して流体連通させることができる。これにより、供給ガス２８と、他の導管２６を通して搬送される流体であってスクロールコンプレッサ１８の外部を流れる流体と、の間にわたっての熱交換を補助することができる。
【００４３】
供給ガス２８は、固定スクロールと可動スクロールとの間に形成された三日月形状のチャンバ内において、固定スクロールと可動スクロールとが相対移動することによって、加圧される。したがって、固定スクロール２２の壁と可動スクロール２４の壁とは、供給ガスを収容するための十分な強度を有している必要がある。複数の三日月形状のチャンバは、様々に加圧される。供給ガスの全体を加圧することができる。その結果、コンプレッサのケーシングは、収容（あるいは、密封）を提供する必要がある。固定スクロール２２内において一群をなす複数の導管２６を収容している熱交換器部分は、固定スクロール２２の強度に寄与する。これにより、熱交換器部分は、圧縮時には供給ガスを収容（あるいは、密封）するように、機能することができる。
【００４４】
図８は、スクロール壁の一部を概略的に示しており、導管の中に導管が収容された構成を示している。内側導管３０は、スクロールの外部に対して適切なマニホールドやダクト（図示せず）を介して流体連通している流体を搬送している。外側導管３２は、固定スクロール２２と可動スクロール２４との間に形成されたチャンバ内に保持された供給流体に対して（圧縮プロセスの開始時と、膨張プレートの最終時と、においては、供給流体は、ケーシングと両ストロークとによって、拘束される）、導入ポート３４および導出ポート３６を介して、流体連通している。供給流体は、両スクロール２２，２４の相対移動によって、搬送され、これにより、外側導管３２の壁と内側導出３０の壁との間において供給流体が流れることとなる。これにより、供給流体２８と、内側導出３０内の流体と、の間にわたっての熱伝達が増強される。
【００４５】
図９は、図８の構成を、異なる角度から概略的に示している。外側導管内への供給流体の流れと、外側導管から導出される供給流体の流れとが、図示されている。内側導管は、スクロールコンプレッサの外部に対して流体連通している流体を搬送している。
【００４６】
図１０は、代替可能な実施形態を示している。この代替可能な実施形態においては、両導管は、スクロールコンプレッサの回転軸線に対して平行な方向で配置されている。
【００４７】
図１１は、両導管が、回転軸線に対する平行方向と回転軸線に対する垂直方向との間において角度を形成して配置された実施形態を示している。
【００４８】
図１２は、両導管がスクロールコンプレッサの回転軸線に対して平行に延在した他の実施形態を示す図である。
【００４９】
図１３は、両導管がスクロールコンプレッサのケーシング内に設けられている実施形態を示している。導入ポートおよび導出ポートは、スクロールコンプレッサのケーシングを貫通して図示されている。このような導入ポートおよび導出ポートは、また、固定スクロール２２内の複数の導管に対しての、あるいは、可動スクロール２４内の複数の導管に対しての、流体連通を提供することができる。
【００５０】
図１４は、スクロール２２，２４内に設けられた他の複数の導管を示す図である。これら導管は、スクロール２２，２４の回転軸線に対して垂直な方向に延在している。
【００５１】
図１５は、複数の導管３８がスクロール２２，２４を通してスクロール２２，２４の回転軸線に対して平行な方向に延在している実施形態を概略的に示している。複数の導管３８は、ヘッダ４０によって連結されている。これにより、例えば他の熱交換器や流体リザーバやポンプ等といったような、スクロールコンプレッサの外部の機構に対して流体連通した導管３８の内外にわたっての流体連通を可能としている。
【００５２】
図１６は、スターリングエンジンの断面を概略的に示している。スターリングエンジンのシリンダヘッド４２は、ＳＬＭ技術によって形成されており、本発明による一群をなす複数の導管を備えている。それら導管は、スターリングエンジンのためのヒータダクトを提供する。シリンダヘッド４２は、また、供給ガス４４を収容するように機能する。
【００５３】
図１７は、シリンダヘッド４２の断面図を示している。この図は、シリンダヘッドの壁内において熱交換器部分を形成している一群をなす複数の導管を示している。シリンダヘッドのうちの、供給ガス４４に対して接触している内面は、中実壁であり、図１７に示す一群をなす複数の導管（シリンダヘッドの熱交換器部分を形成している）が、この中実壁に対して（ＳＬＭ技術を使用して）一体的に形成されている。
【００５４】
図１６，１７，１８は、スターリングエンジンに関連している。しかしながら、同様の技術は、エリクソンサイクルエンジンに対しても同等に適用することができる。
【００５５】
図１９は、タービンコンプレッサ４６を概略的に示している。タービンコンプレッサ４６は、ケーシングを備えており、ケーシングは、中実部分４８と熱交換器部分５０とから構成されている。熱交換器部分は、ケーシング４６の外部の装置に対して流体連通している流体を搬送している一群をなす複数の導管を有している。熱交換器部分５０は、ケーシング４６の強度向上に寄与しているとともに、熱交換器４０としても機能する。したがって、ケーシング４６の中実部分４８を、より薄いものとして形成することができる。これにより、ケーシング４６の重量を低減し得るとともに、ケーシング４６における使用材料の量を低減することができる。
【００５６】
図２０は、図１９と同様である。しかしながら、図２０においては、タービンエキスパンダが図示されている。
【００５７】
図２１は、シリンダ５２を概略的に示している。シリンダ５２は、中実の内壁５４と、この内壁を取り囲んでいる熱交換器部分５６と、を備えている。熱交換器部分は、ＳＬＭ技術によって形成されている。ＳＬＭ技術のパラメータは、熱交換器部分５６を通して所望の程度の多孔性が得られるように、調整される。この実施形態における熱交換器部分５６は、中実領域どうしの間のギャップの不規則的な収集が熱交換器部分５６を通しての複数の導管を形成して一群をなす複数の導管として機能する態様を有することとなる。ＳＬＭ製造という分野においては、通常は、最終製品における多孔性を、望ましくない特性として考える。しかしながら、本発明においては、そのような多孔性は、熱交換器部分を通しての流体連通をもたらすために利用することができるとともに、熱交換機能をもたらすことができる。熱交換器部分５６は、また、供給ガスを内部に収容するために必要なシリンダ５２の強度向上にも寄与する。
【００５８】
様々な実施形態が存在する。各実施形態は、共通の特徴点を有しており、特定のタイプのヒートエンジンに対してあるいは他の機械に対して好適である。エンジンは、スクロールコンプレッサ技術（図７〜図１５に図示されている）に基づくものとすることができる。１つまたは複数の基本的構成部材は、典型的にはケーシングと固定スクロールと軌道スクロールとは、ＳＬＭまたは同様の手法によって構築される。これにより、スクロールケーシングのいくつかのまたはすべての壁および／またはスクロール自体のいくつかのまたはすべての壁は、エンジンの１つまたは複数の熱交換器のいくつかのまたはすべてのダクトを、スクロール内にまたはスクロールを通して、収容することができる。これにより、スクロールケーシングのいくつかのまたはすべての壁が、および／または、いくつかのまたはすべてのスクロール壁自体が、エンジンの動作のために必要な１つまたは複数の熱交換器のうちの一部またはすべてとなる。
【００５９】
ケーシングに関しては、そのようなダクトの一例は、一連をなす複数の直線的平行ダクトである。それらダクトは、ケーシングの円筒形壁の厚さ内に延在している。各ダクトに関し、シリンダの端部においてあるいはシリンダの端部の近傍において、ケーシングの外面上に、導入ポイントと導出ポイントとが設けられる。導入ポイントおよび導出ポイントには、マニホールドが設けられる。そのようなダクトは、円筒形ケーシングの長さ全体にわたってあるいはほぼ長さ全体にわたって、延在することができる。
【００６０】
これに代えて、そのようなダクトは、円筒形ケーシングの軸線に対して平行なライン上の一ポイントのところにおいて、ケーシング内に導入することができる。導入ポイントは、必ずしも、ケーシングの端部や端部近傍である必要はない。同じライン上の他のポイントには、そのような構成に適応したマニホールドが設けられる。
【００６１】
他の構成が可能であることは、明らかである。例えば、ケーシングの厚さ内のダクトは、円筒形ケーシング壁の軸線に対して平行ではないものとすることができる。そのようなダクトは、ダクトを収容した平面内において見たときに、直線的なものとすることができる。ダクト中点を通るラインは、シリンダの長手方向軸線に対して直角に交わる。これに代えて、ダクトは、すべての平面内において湾曲したものとすることができる。極端な事例は、一連をなす複数の平行ダクトの各々が、円筒形壁の軸線に対して垂直ななおかつシリンダの端部に対して平行な平面内に延在する場合に起こる。ダクトどうしは、相互連結することができる。ダクトは、また、Ｕ字形状や変形した形状とすることができる。
【００６２】
同様の構成は、スクロールの壁に関しても可能である。好ましい構成は、スクロール壁内において鉛直方向に積み重ねられた多数のダクトを備えている。各ダクトの平面は、スクロールの軸線に対して垂直である。各ダクトは、スクロール壁の形状のほぼ長さ全体にわたって追従している。各ダクトは、必要に応じて、中心においてあるいは中心近傍においておよび周縁において、導入ポートおよび導出ポートに対して連結されている。実用的には、そのような水平方向ダクトは、連続的である必要はなく、セグメント化された複数のグループへと分割することができる。これにより、各グループを通しての熱伝達および流体連通を改良することができる。各グループは、導入ヘッダおよび導出ヘッダに対して連結されている。ダクトは、単一ダクトの態様とすることができる。典型的には、セグメント化されたダクトよりも大きな直径の単一ダクトの態様とすることができる。
【００６３】
代替可能な構成は、複数の鉛直方向ダクトを有している。導入ヘッダおよび導出ヘッダは、水平方向とされる。この場合にも、実用的には、熱交換特性および流体連通特性を改良し得るよう、複数の鉛直方向ダクトは、複数のグループへと分割することができ、水平方向の導入ヘッダおよび導出ヘッダを設けることができる。
【００６４】
可動スクロールの移動が回転ではなく軌道であることのために、回転移動の場合に必要とされるようなジョイント連結を必要とすることなく、フレキシブルな圧力ホースによって、流体をマニホールド内へと導入することができ、マニホールドから、可動スクロール壁内のダクトへと案内し得ることに注意されたい。
【００６５】
この手法によって提供された熱伝達表面積の増大が、すべて熱交換器の一面上であることに注意されたい。この実施形態においては、その面は、冷却材および／または熱源によって占領された面である。多くの場合、上述したように一方の面上において熱伝達表面積を増大させるよりも、熱交換器の他の面上において熱伝達表面を増大させることが有利である。この実施形態においては、それは、供給流体サイドである。供給流体サイドは、スクロールケーシングの内表面と、固定スクロール壁および可動スクロール壁の表面と、によって拘束されている。そのような増大は、スクロールケーシングの壁、および／または、固定スクロールおよび可動スクロールの一方または双方の壁、の厚さ内に設けられた供給流体ダクトによって、得ることができる。
【００６６】
典型的には、それらダクトは、同一の壁表面上に、導入ポートおよび導出ポートを有することとなる。
【００６７】
典型的には、それらダクトの横断面およびそれらポートの形状は、圧縮または膨張を受ける流体が壁表面に沿って通過する際に、流体の少量しか、運動量と圧力変化とダクトおよび導出入ポートの空力形状との組合せによって、各ダクト内へとまた各ダクトを通して流れないように、構成される。
【００６８】
好ましくは、ダクトどうしは、ダクト長さの少なくとも一部にわたって、コンプレッサの場合には冷却材が通過することとなるあるいはエキスパンダの場合には熱源が通過することとなるダクトの適切な比例部分に対して係合する。これにより、より効果的な熱交換を、供給流体と、冷却材または熱源と、の間において、行うことができる。好ましくは、ダクトどうしは、通常は冷却材ダクトまたは熱源ダクトとされる一方のダクトが、内部に供給流体ダクトを収容するようにして、係合される。これにより、２つのダクト内の流体どうしの間において、向流式の熱交換を行うことができる。
【００６９】
典型的には、各ダクトの導入ポートおよび導出ポートは、シリンダおよび両スクロールの軸線に対して垂直に見た場合に、それらの間の距離が、サイクル内のそのポイントにおいて三日月形状の圧縮チャンバまたは膨張チャンバの２つの壁の表面の長さと比較して、短いものであるようにして、配置される。これにより、少量の流体の大部分が、各ダクトを通過することが保証される。これにより、チャンバ壁どうしの相対移動が、一方のポートを、同じケーシング壁表面あるいはスクロール壁表面によって形成され典型的には元々のチャンバよりも高圧または低圧とされることとなる隣接チャンバへと相対位置をシフトさせるよりも前に、熱交換を増大させることができる。そのポイントにおいては、より高圧のチャンバからの流体が、より低圧のチャンバへと流れることができる。一般に、両ダクトは、これが起こる程度にまで低減されるようにして、配置される。
【００７０】
しかしながら、いくつかの場合においては、温度制御の理由のために、あるいは、他の理由のために、同じケーシング壁表面および／または同じスクロール壁表面を有した隣接チャンバどうしの間において流体連通が制御されていることが望ましい。そのような場合、複数のダクトのうちのいくつかのダクトまたはすべてのダクトを、長いものとすることができる。これにより、ダクトは、より長時間にわたって２つのチャンバに延在する。そして、より多くの量の流体が、２つのチャンバの間の可動コンタクトポイントまたは最小距離を通してチャンバどうしの間にわたって伝達される。これに代えて、流体が、一方のチャンバから、表面がそのチャンバを形成している壁の他方の面上に位置した隣接チャンバへと、流れることが有利である。この場合、ダクトの１つのポートは、他方のダクトから壁の他の面上に位置することができる。これにより、流体は、壁の一方の面上においてダクト内へと導入され、壁の他方の面上に位置した隣接チャンバ内へと導出される。
【００７１】
さらなる実施形態（図１６，１７，１８に図示されている）は、スターリングエンジンのヒータである。ヒータにより、必ずしもではないけれども通常は固体燃料または液体燃料またはガス状燃料の燃焼といったような熱源からの熱は、エンジンの内部においてシールされた供給ガスに対して伝達される。２つの主要な方法が存在する。第１の方法は、高温シリンダの直接加熱である。典型的には、燃焼ガスは、シリンダの外表面上のフィン上をおよびフィンどうしの間を通過する。燃焼ガスからの熱は、その後、フィンへと伝達され、シリンダ壁の金属を介して、シリンダの内壁に設けられたフィン（すなわち、内部フィン）へと伝達され、これにより、内部フィンを通しておよび内部フィンどうしの間を通して流れる供給ガスへと伝達される。この方法の一変形例は、高放射バーナを使用することである。その場合、シリンダの外面上のフィンは、不要なものとすることができる。第２の方法においては、個別の、通常のチューブ状の、熱交換器が使用される。通常の態様は、互いに離間された稠密な複数のチューブから構成される。各チューブは、タイトなＵ字形状へと曲げられ、アレイ状で配置される。典型的には、アレイは、円形で配置された鉛直方向の複数のＵ字形状チューブという態様とされる。これにより、Ｕ字形状チューブの内側長さ部分が、内側の円形を形成し、Ｕ字形状チューブの外側長さ部分が、外側の円形を形成する。各チューブの一端は、エンジンの高温シリンダに対して直接的に連結することができ、各チューブの他端は、再生器に対して、あるいは使用されているマニホールドに対して、連結することができる。円形アレイの場合には、燃焼ガスは、典型的には、クロスフロー熱交換モードでもって、アレイの内部から、Ｕ字形状チューブの内側の長さ部分の間の径方向外側へと、その後、Ｕ字形状チューブの第２の外側の長さ部分の間の径方向外側へと、通過する。第２の外側の長さ部分は、多くの場合、フィン付きのものとされ、これにより、内側の長さ部分に対してその熱のいくらかが既に失われた燃焼ガスから、チューブへの、熱伝達が最大化される。
【００７２】
これらの方法のいずれも、燃焼ガスと供給ガスとの間のガス条件の不適合によって生成される問題点に対しての満足のいく解決策を提供しない。典型的には、供給ガスの圧力は、燃焼ガスの圧力および比熱と比較して、１〜３桁の分だけ大きい。このことは、ヒータの燃焼側の熱伝達表面積が、理想的には、供給ガス側の熱伝達表面積と比較して、同程度であるかあるいはより大きいべきであることを意味する。これにより、ヒータを均衡化させ、性能を最大化させ、サイズを最小化させ、コストを最小化させ、圧力降下を最小化させることができる。実用的には、少なくとも受入可能なコストでは得ることができず、上記の２つの方法は、必要ではあるものの、満足のいく妥協をもたらさない。
【００７３】
本発明による技術は、コンパクトな熱交換器であって、例えば、燃焼器と、エアプレヒータ（エア予熱器）と、例えばシリンダといったようなエンジン自体の構成部材と一体化し得るヒータと、を備えた熱交換器を提供する。ヒータは、多数の供給ガスチューブを備えて構成され、供給チューブは、小さな液圧的半径を有していて、ディスプレーサシリンダの頂部を有した環状再生器に対して連結されている。平面視においては、鉛直方向に配置されたシリンダの頂部からチューブが開始しており、典型的には、従来的なエンジン内から鉛直方向に、ヒータヘッドが位置している。チューブは、上方に湾曲し、その後、シリンダの軸線から水平方向に径方向外側へと超え、その後、環状再生器に向けて鉛直方向下向きに湾曲している。チューブは、複数の層状とされている。平面視においては、最下層が、シリンダの頂部の外側から、環状再生器の内側へと、通過している。最上層は、シリンダの軸線に最も近いから開始して環状再生器の最も外側へと通過する層である。典型的には、平面内においては、各層は、その中心がシリンダの長手方向軸線であるような円から開始する。頂部層のための円は、最小の直径を有している。一方、底部層のための円は、最大の直径を有していて、シリンダの外周縁に対して最も近い。各層内における隣接チューブどうしの間には、ギャップが存在する。また、隣接する層どうしの間には、ギャップが存在する。それらギャップを通して、ヒータ自体の上方に位置した燃焼器からの燃焼ガスが、通過することができる。
【００７４】
上記の説明により、同じ層内の隣接チューブどうしの間のギャップが、高温燃焼ガスのための制御可能な所定の通路を提供することを保証し得るよう、および、チューブ壁に対しての制御可能な所定の熱伝達を提供することを保証し得るよう、いくつかの手段が導入されるべきであることは、明らかである。また、各チューブを通しての供給ガスの所定の流速を保証し得るよう、各チューブが同じ長さあるいはほぼ同じ長さを有していることが望ましい。これら２つの要求は、２つの手法で満たすことができる。第１に、各チューブのメインの水平方向部分あるいはほぼ水平方向部分は、平面内においては、螺旋状に巻いた態様とすることができる。これにより、各層内における隣接チューブどうしの間のギャップを同じとすることができる。第２に、螺旋の態様、および、螺旋の開始角度は、層どうしの間において調節することができる。これにより、各チューブが同じ全体長さを有することを、保証することができる。例えば、最上層内の各チューブは、シリンダの頂部の中心に最も近い円から出発するものであって、円に対する径方向の経路をとることができ、そこから各チューブは、再生器に向けて下向きに湾曲する。これに対し、最下層内の各チューブは、シリンダの外周縁から出発するものであって、各チューブが開始する円に対しての接線方向経路をとることができる。これら手段により、チューブは、ほぼ同じあるいは正確に同じ長さを有することができる。
【００７５】
必要であれば、複数のフィンを、ヒータチューブ上に設けることができる。フィンは、隣接しているチューブどうしを互いに取り付けるためのストラットとして機能することもできる。複数のフィンは、適切な複数のバッフルと合わせて、配向することができる。これにより、ヒータチューブの水平方向部分あるいは他の部分を囲むような、燃焼ガスのためのダクトを形成することができる。これにより、供給ガスを一方向に流しさらに平行流を逆向きに流して、向流式の熱交換を起こすことができる。好ましくは、供給ガスが再生器からディスプレーサまたは高温シリンダ内へと通過する際には、サイクルの膨張部分時に、向流式の熱交換が起こるように、配置することができる。
【００７６】
この基本的な幾何形状に関して、変形例が可能である。螺旋形状を、隣接チューブどうしの間のギャップが長手方向に沿って変化するように、例えばシリンダ端から再生器端にわたって増減するように、配置し得ることは、明らかである。これに代えて、ギャップは、２つのチューブの長手方向に沿って一定とすることができる。
【００７７】
また、各層内における複数のチューブを液圧的直径や壁厚さやピッチに応じて変更し得ることは、明らかである。当然のことながら、いくつかの場合においては、液圧的直径や壁厚さやピッチを、層どうしの間にわたって維持することが好ましい。しかしながら、他の場合においては、例えば、最上層内におけるピッチを、最下層内におけるピッチと比較して、大きくすることが好ましい。これにより、放射的な熱伝達を可能として、層内へとより深く侵入させることができる。
【００７８】
この構成においては、ヒータを、単一のハニカム構造の態様とし得ることは、明らかである。この構造は、例えば電子ビーム溶接といったような手法によって、シリンダ壁の頂部に対して取り付けることができる。これに代えて、構造は、シリンダ壁をベース部分として使用することによって、シリンダ壁の頂部上に、電子ビーム法によって構築することができる。
【００７９】
マニホールドによってあるいは個々のチューブポートによって占められるシリンダヘッドの領域が比較的小さいような従来技術によるチューブ状ヒータとは異なり、本発明においては、シリンダの頂部の全面積を、チューブポートによって占めることができる。これにより、従来技術によるシリンダヘッドを、部分的にまたは完全に不要とすることができ、その結果、コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００８０】
２  供給ガス（供給流体）
４  シリンダ壁
６  シリンダ
８  供給ガス（供給流体）
１０  中実部分
１２  熱交換器部分
１４  外側導管
１６  内側導管
１８  スクロールコンプレッサ
２０  ケーシング
２２  固定スクロール
２４  可動スクロール
２６  一群をなす複数の導管
３０  内側導管
３４  導入ポート
３６  導出ポート
４２  シリンダヘッド
４４  供給ガス（供給流体）
４６  タービンコンプレッサ
４８  中実部分
５０  熱交換器部分
５２  シリンダ
５４  中実の内壁（中実部分）
５６  熱交換器部分
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１６】
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【図１８】
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