(57)【要約】  スターリング装置のヘッドを組み立てる方法。２組のフィン（３、４）が、ヘッドケーシング（１）内に固定される。少なくとも１つの再生器要素（７）が、フィン（４）内の中央開口部に通され、２組のフィンの間の所定の場所に配置される。再生器要素は、圧密化されたワイヤから形成され、現場で圧縮解除される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリング装置における、一方の端部で閉止しておりかつ反対側の端部で開放しているケーシングを備えるヘッドを組み立てる方法であって、
前記ケーシング内に前記閉止側の端部に向かって１組のヒータフィンを固定するステップと、
前記開放側の端部に向かって１組のクーラフィンを固定するステップと、
少なくとも１つの再生器要素を前記１組のクーラフィンの中央開口部に通し、前記少なくとも１つの再生器要素を前記１組のヒータフィンと前記１組のクーラフィンとの間の所定の位置に配置するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記再生器が、組み立てられた場合に環状の再生器リングを形成する複数の要素から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記再生器が、圧縮された状態で挿入され、その場で圧縮が解除される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記要素のそれぞれが個々に製造される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記要素が、単一のリングとして製造され、次いで個別の要素に切断される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記再生器が、圧密化されたランダムなワイヤから形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ランダムなワイヤが焼結処理される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記再生器が、軸線方向に端部と端部が面するように配置された複数の再生器リングで形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
１つの前記再生器リングにおける前記要素間の境界面が、隣接する他の前記再生器リングにおける前記要素間の境界面からずれている、請求項２に従属する場合における請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記再生器が、支持リングによって軸線方向の各端部で支持される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記支持リングが、前記１組のヒータフィンおよび前記１組のクーラフィンの後段に設置される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
スターリング装置におけるヘッドの内部空間用の再生器であって、
完全なリングを形成するように配置された複数の要素を備え、
前記要素のそれぞれが圧密化されたランダムなワイヤから形成されている、再生器。
【請求項１３】
前記要素がその場で膨張されている、請求項１２に記載の再生器。
【請求項１４】
前記ランダムなワイヤが焼結処理されている、請求項１２または１３に記載の再生器。
【請求項１５】
軸線方向に端部と端部が面するように配置された複数の再生器リングから形成されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の再生器。
【請求項１６】
１つの前記再生器リングにおける前記要素間の境界面が、隣接する他の前記再生器リングにおける前記要素間の境界面からずれている、請求項１５に記載の再生器。
【請求項１７】
支持リングによって軸線方向の各端部で支持されている、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の再生器。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の再生器を有する、スターリングエンジン。
【請求項１９】
スターリング装置における、ケーシングを備えるヘッドを組み立てる方法であって、
複数の再生器要素を前記ケーシング内に挿入するステップを備え、
前記再生器要素のそれぞれを、その場で圧縮が解除される圧密化されたランダムなワイヤから形成し、その結果、組み立てられた前記再生器要素が、その場で圧縮が解除されて環状の再生器リングを形成するようにした、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング装置のヘッドを組み立てる方法に関する。本発明は、特にスターリングエンジン、例えば、リニアフリーピストンスターリングエンジンに関するものであるが、スターリングモータまたは冷凍機などの、他のタイプのスターリング装置にも等しく適用できる。
【背景技術】
【０００２】
一方の端部で閉じかつ反対側の端部で開いている、開放型のカップ形状に構成されたヘッドを有するスターリング装置が公知である。この反対側の開いた端部は、ケーシングの下部部分に固定され、装置ケーシング全体を形成する。まず、１組のヒータフィンが、閉止側の端部に向かってヘッドに鑞付けされ、かつ、使用中に、この１組のヒータフィンがケーシングの壁を介して伝えられるバーナからの熱を受け取るように、配置される。次いで、再生器リングが、ヒータフィンに隣接する所定の場所に押し込まれる。次いで、１組のクーラフィンが、ケーシング内、再生器リングの下に挿入され、所定の場所に鑞付けされる。クーラフィンが所定の場所に鑞付けされる際には、再生器は、鑞付けサイクルの高温にさらされる。再生器は、通常は、例えばランダムなワイヤ、積み重ねられたメッシュまたは圧延メッシュシートなどの、多数の非常に細かい構成要素から構成される。鑞付けサイクルの高温は、再生器の構造に損傷を与えたり、再生器の性能および寿命に不都合な効果をもたらしたりすることがあり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記問題は、所定の場所にクーラフィンをはんだ付けすることによって解決できる。はんだ付けはより低い温度で実施され得るからである。しかし、はんだ付けされた接合部は、鑞付けされたものより信頼性が劣り、フィンを介した熱伝達の効率を潜在的に低減させ、また製造コストを増大する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、スターリング装置における、一方の端部で閉止しておりかつ反対側の端部で開放しているケーシングを備えるヘッドを組み立てる方法であって、ケーシング内に閉止側の端部に向かって１組のヒータフィンを固定するステップと、開放側の端部に向かって１組のクーラフィンを固定するステップと、少なくとも１つの再生器要素を前記１組のクーラフィンの中央開口部に通し、少なくとも１つの再生器要素を１組のヒータフィンと１組のクーラフィンとの間の所定の位置に配置するステップとを備える方法が提供される。
【０００５】
再生器が設置される前に所定の位置にクーラフィンを固定することにより、クーラフィンを固定する間に生じる、再生器要素に対するいかなる損傷も避けられる。このように、クーラフィンがケーシングに取り付けられるこの様態は、再生器によって決定される温度を考慮することによる制限を受けない。これにより、鑞付けまたは溶接などの高温での固定法を使用することができる。
【０００６】
単一の再生器要素のみであってもよいが、この場合、この単一の要素は、１組のクーラフィンの中央開口部に通すことができるように、膨張可能ないしは拡張可能なものでなければならない。あるいは、組み立てられた場合に環状の再生器リングを形成する複数の要素からなってもよい。複数の要素の場合、これらは、１組のクーラフィンの中央開口部に通すために膨張可能である必要はないが、膨張可能であるならば、有利となり得る。特に、膨張可能な要素は、膨張して所望の空間を完全に埋め、いかなる空隙をも除去することができる。多数の要素が使用される場合、隣接する要素は、隣接する面において互いに対して膨張することができ、それによって、隣接する要素との間の間隙がなくなり、かつ、界面における充填密度が再生器自体の密度と同様になることが、確実になる。
【０００７】
再生器は、再生器が膨張可能な構成で形成され得るならば、あるいは、複数の周方向のセグメントに分割され得るならば、いかなる公知の構成を有してもよい。
【０００８】
しかし、再生器は、圧密されたランダムなワイヤから形成されることが好ましい。このような再生器は、本発明にとって特に適しているが、これは、圧密化されたワイヤの再生器要素が圧縮された状態で製造されることができ、かつ迅速にエンジン内に設置され、その結果、その場で圧縮を解除することができるからである。
【０００９】
複数の要素から形成される再生器リングは、個々に製造された要素から形成されているか、または、後に個別の要素に切断させる単一のリングとして、製造されることができる。
【００１０】
再生器は、単一の再生器リングで形成されることができる。しかし、軸線方向に端部と端部が面するように配置された複数の再生器リングがあることが、好ましい。各リングが複数の要素から形成される場合、１つのリングの要素間の境界面は、隣接するリングの要素間の境界面からずれていることが好ましい。これによって、比較的容易な流路が１つのリングにおける隣接する要素間に形成されている場合も、この流路が、隣接するリングにおける同様の流路と整列することはない。
【００１１】
再生器は、運転中に構造体から剥離し得るいかなる再生器の粒子をも濾過する役割も果たす支持リングによって、軸線方向の各端部で支持されることが、好ましい。これらの支持リングは、２組のフィンと同時に、嵌合されることができる。あるいは、フィンを固定する間に支持リングを損傷しないようにするために、支持リングは、２組のフィンの後に設置されてもよい。この場合、支持リングは、クーラフィンに通すために、分割され、または、膨張可能である必要がある。支持リングは、再生器要素とは別に設置されることができ、または設置前に再生器要素に取り付けられることができる。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、スターリング装置のヘッドの内部空間のための再生器であって、完全なリングを形成するように配置された複数の要素を備え、要素のそれぞれが、圧密化されたランダムなワイヤから形成される、再生器が提供される。本発明のこの態様はまた、スターリング装置の、ケーシングを備えるヘッドを組み立てる方法であって、複数の再生器要素をケーシング内に挿入するステップを備え、各要素が、その場で圧縮解除される圧密化されたランダムなワイヤから形成され、その結果、組み立てられた要素は、その場で圧縮解除されかつ環状の再生器リングを形成する、方法にも拡張される。
【００１３】
本発明による方法の例を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
リニアフリーピストン・スターリングエンジンは、当分野において周知であり、本明細書では詳述しない。
【００１５】
本発明は、エンジンヘッドのためのケーシングが組み立てられる態様のみに関するものであり、これは、図１に示されている。スターリングエンジンは、エンジン軸線２を中心として対称であるヘッドケーシング１を有する。ヘッドの上部部分は、閉じたドーム形状の構成を有し、その一方で、下部部分は開放されている。使用中、ヘッドケーシング１は、例えば溶接またはボルト締めによって、下部側のエンジンケーシング（図示せず）に永久的に固定されており、密封されたケーシングを形成している。１組の環状のヒータフィン３が、ケーシング１内に、閉止側の端部に向けて挿入、鑞付けされている。これらのヒータフィンは、それぞれが径方向の面内にある複数のフィンを備え、このフィンは、主軸線２の周りに配置されている。同様に構成された１組のクーラフィン４が、ヒータフィン３の鑞付けと同時に、またはヒータフィン３の鑞付けの後に、ヘッドケーシング１内に、開放側端部に向けて挿入、鑞付けされる。冷却路５が、これらのフィンから熱を除去するために、クーラフィン４を包囲している。
【００１６】
再生器６は、軸線２の方向に配置された３つの再生器リング７を備える。再生器６の軸線方向の各端部にはエンドプレート８が設けられており、このエンドプレート８は、金網ワッシャによって形成されたスクリーン（ふるい）であることが効果的である。再生器リング７と、エンドプレート８すなわち支持リング８とが所定の位置に取り付けられると、シリンダ９が設置され、その中でディスプレーサ（図示せず）が往復動する。シリンダ９が再生器の直後に設置されない場合には、フィンの内部寸法と同じ内径を有する内側スリーブを設ける必要性もある。その場合、先細りになった挿入治具を使用し、クーラフィンの内側に内側スリーブを慎重に押し上げて入れ、その結果、内側スリーブが２組のフィンの間に配置され、シリンダ９を後に挿入する際に妨害となり得る再生器の内向きの膨張を防止するようにする。図１から分かるように、再生器６は、再生器の最も外側の面ではエンジンケーシング１によって、再生器の最も内側の面ではシリンダ９によって、かつ再生器の上面および下面では支持リング８によって、境界が区切られている。
【００１７】
各エンドプレート８は、再生器に最も近い位置では薄い焼結リングからなり、かつ、再生器から離れた位置では金網スクリーンからなり、ランダムなワイヤの小片の濾過効果を高めている。これらのプレートを設置する方法は、２通りある。
【００１８】
鑞付け温度が焼結リングに対し不都合な効果を殆どもたらさない場合、これらの焼結リングは、フィンが所定の場所に鑞付けされ中央の膨張クランプ作用によって所定の位置に保持される前に、単一部片構成要素として、再生器の空間の中心に置かれることができる。金網スクリーンは、十分に可撓性および弾性があるので、変形でき、鑞付け工程の後、再生器セグメントが設置される前に、クーラフィン４内の中央空間を通して押し込まれることができる。これらのスクリーンは、再生器の空間の上下の端部に設置され、挿入後これらスクリーンの本来の形状に弾性的に復元する。次いで、焼結リングは、必要に応じて、環状体内に締まり嵌めされるため、例えば、拡張式ねじ治具を使用し、しっかりとそれぞれ上方および下方に向けて所定の位置に押し込まれる。
【００１９】
焼結リングが鑞付け工程によって損なわれる場合には、これらの焼結リングは分割され、フィンが所定の位置に据えられた後に挿入されることができる。リングは、個別の対向するセグメントとして形成されるように、切断されるのが好ましい。これは、焼結材料は弾性がなく、バイパス流を避けるために、最小の間隙しかセグメント間にあってはならないからである。金網スクリーンは、変形され、上述のように挿入される。
【００２０】
以下に、再生器が製造され、組み立てられる様態を、説明する。再生器リングが複数のセグメントから形成されている様子が示されている。製造公差により、再生器セグメントが、ヒータヘッド内で、貫流のための漏れ経路を提供する空間を残さずに、互いに対して正確に嵌合することが保証される場合、弾性のない再生器セグメントを使用することが可能である。これらの再生器セグメントは、個別のセグメントとして製造されることができ、または、必要とされる正確な境界面を提供するために、セグメントに切断される単一の要素から製造されることができる。
【００２１】
図２は、圧密化されたランダムなワイヤ再生器のセグメントが形成され得る様態を示している。弓形の空洞１１を有する型１０が、ランダムなワイヤで満たされ、目標体積が得られるまで圧縮される（これによって、使用した材料の質量に基づく目標の多孔性が与えられる）。型は、シリンダの最終寸法より僅かに小さい寸法を有することが好ましい。なぜなら、こうすることで、セグメントがその場で膨張することができるからである。次いで、プランジャ１２が、ワイヤを密圧化するために、所定の荷重で空洞１１内に押圧される。このようにして、再生器は、再生器の空間を満たすために、その場で圧縮が解除されるようになっている圧縮状態で製造されることができる。
【００２２】
各再生器リング７が単一部片として製造される場合、空洞１１は環状である。あるいは、１つの環状の空洞が使用され、結果として得られたリングが、多数の要素に切断されることもできる。この場合、ランダムなワイヤは、より一貫した構造をもたらすために焼結処理され得る。しかし、焼結構造は、圧縮度がより低いため、より多くのセグメントが必要となるであろう。
【００２３】
再生器要素の様々な配置を、図３Ａ〜図３Ｃに示す。
【００２４】
図３Ａは、４つの要素を備える再生器リング７を示す。第１の要素１３は、径方向の端面１４を有する。２つの第２の要素１５はそれぞれ、第１の要素１３の対応の径方向の面１４に当接する半径方向の端面１６を有する。各第２の要素１５は、その場で面１７が平行になるように構成された第２の端面１７を有する。この場合、平行な端面１９を有する第３の要素１８が、端面１７間に嵌合されるアンカー要素となる。実際には、要素１３、１５、１８のそれぞれが、クーラフィンを通ってヘッドケーシング１に、図３Ａに示された位置に挿入され、最後に第３の要素が満たされることにより、完全なリングになる。図３Ａでは、任意のセグメントにおいて引かれ得る最も長い弦が、クーラフィン４内の開口部の直径より小さく、その結果、セグメントのそれぞれは、必要に応じて、圧縮されていない構成で挿入され得る。
【００２５】
図３Ｂは、図３Ａと同様の構成を示しているが、図３Ｂでは、第１の要素１３が除かれており、その結果、第２の要素１５の径方向の面１６が互いに当接するようになっている。クーラフィン４の径方向の広がりによっては、第２の要素１５は、第２の要素が１組のクーラフィンの中央開口部を通って嵌合することができるように、圧縮された状態で挿入されなければならないことがあり得る。
【００２６】
図３Ｃでは、２つの半環状の再生器要素２０のみが提供されている。この場合、これらの要素を挿入するためには、相当な圧縮度が必要である。
【００２７】
１つのリング内の再生器要素の数と圧縮度の要件との間にトレードオフ的関係があることが、図３Ａ〜図３Ｃから分かるであろう。１つの極端な例としては、各リングが、高度に圧縮された単一の要素で形成されることができる。
【００２８】
図４は、隣接するリング７が配置され得る様態を示す。図４から、１つのリング内の要素間の境界面２１は、再生器６全体を通るいかなる容易なバイパス流路をも防止するために、隣接する組の要素間の境界面２２から円周方向にずれていることが、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】エンジンヘッドのケーシングの左側の断面図である（右側は、これに対応する）。
【図２】再生器要素の製造を示す斜視図である。
【図３Ａ】再生器リングの構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】再生器リングの別の例を示す平面図である。
【図３Ｃ】再生器リングの更に別の例を示す平面図である。
【図４】３つの再生器リングの分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009503333.tif 000010
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