(57)【要約】  リリーフバルブを有するスターリングエンジン。リリーフバルブは、加圧容器（５）に直接に注入されるプラグ（６）の形態を成している。プラグは加圧容器の材料よりも低い融点を有しており、それにより、加圧容器が閾値温度を超えると、プラグが溶けてエンジン内の圧力を逃がす。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧容器と、前記加圧容器内に注入されたプラグとを備え、前記プラグが、加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されているスターリングエンジン。
【請求項２】
前記加圧容器がケーシングを備え、前記プラグが前記ケーシング内に注入される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記加圧容器が、更なる構成部品が取り付けられたケーシングを備え、前記プラグが前記更なる構成部品のうちの１つに注入される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記更なる構成部品がヘリウム充填パイプである、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記更なる構成部品が電気コネクタである、請求項３に記載のエンジン。
【請求項６】
前記プラグが共晶化合物により形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項７】
加圧容器を備えるスターリングエンジンを製造する方法であって、前記加圧容器の壁の穴内に直接にプラグ材料を注入し、前記プラグが、前記加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されている方法。
【請求項８】
充填パイプを含む加圧容器を備えるスターリングエンジンを製造する方法であって、前記加圧容器の材料よりも低い融点を有するプラグを前記パイプ内に挿入するステップと、前記プラグが前記パイプを通過するのを防止するステップと、前記プラグの周囲で前記パイプを通り抜ける流路或いは前記プラグを貫通する流路を設けるステップと、作動ガスの供給体を前記パイプに接続して前記エンジンを充填するステップと、前記充填パイプをシールするステップと、作動ガスの前記供給体を取り外すステップと、前記パイプを加熱して前記プラグを溶かすステップと、前記パイプの幅全体にわたってプラグを凝固させることができるようにするステップと、プラグ材料が使用時に溶けると前記加圧容器の外部へと向かうガスのための通路が提供されるように、前記パイプに穴を形成するステップとを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングエンジンに関する。特に、本発明は、家庭用熱電併給（ＤＣＨＰ）システムで使用するためのスターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリングエンジンのハウジングは加圧容器である。外部の火災などの極端な状況下では、この容器内の温度及び圧力が加圧容器の完全性を脅かすレベルまで上昇する可能性があり、それにより、危険な態様で加圧容器の突発故障が起こる可能性がある。このため、リリーフバルブが使用される。再利用できる構造を有する圧力リリーフバルブが知られている。これらのリリーフバルブは、最後の組立中にケーシング内に組み込まれる別個の部品として設けられる。これは、別個の部品を伴うとともに、バルブ又はケーシングの損傷の可能性をもたらす溶接ステップを伴っている。或いは、別個の部品がケーシングに螺合される場合もある（例えば独国特許第２，２８６，８０４号及び日本国特許第２００２−２８６１３８号参照）。しかしながら、ネジを通じた漏れを回避するため、螺合接続は、ケーシングをシールするためのＯリング、ガスケット、封糊又は他のそのような装置の形態を成す更なる部品を必要とし、これにより更に複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、製造が容易で且つ組立プロセス中に損傷されないスターリングエンジン用リリーフバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、加圧容器と、加圧容器内に注入されたプラグとを備え、プラグは、加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されているスターリングエンジンが提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、加圧容器を備えるスターリングエンジンを製造する方法であって、加圧容器の壁の穴内に直接にプラグ材料を注入し、プラグは、加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されている方法が提供される。
【０００６】
加圧容器に注入される可融性プラグを設けることにより、本発明は、製造プロセスを簡略化するとともに、組立中に任意のパルブ部品が損傷する危険を回避する。また、本発明は、可融性材料を含む別個の部品の必要性及び螺合接合に関連するシールの必要性も排除する。
【０００７】
加圧容器はケーシングを備え、プラグはケーシング内に注入されてもよい。また、加圧容器は、ケーシングに取り付けられた更なる構成部品、例えばエンジンにヘリウムを充填するためのパイプ又はオルタネータへの電気コネクタを更に備えていてもよく、また、プラグは、これらの更なる構成部品がケーシングに取り付けられると、これらの更なる構成部品のうちの１つに注入されてもよい。
【０００８】
プラグは、１３０〜１６０℃、好ましくは約１４０℃の融点を有する共晶化合物により形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の第３の態様においては、充填パイプを含む加圧容器を備えるスターリングエンジンを製造する方法であって、加圧容器の材料よりも低い融点を有するプラグをパイプ内に挿入するステップと、プラグがパイプを通過するのを防止するステップと、プラグの周囲でパイプを通り抜ける流路或いはプラグを貫通する流路を設けるステップと、作動ガスの供給体をパイプに接続してエンジンを充填するステップと、充填パイプをシールするステップと、作動ガスの供給体を取り外すステップと、パイプを加熱してプラグを溶かすステップと、パイプの幅全体にわたってプラグを凝固させることができるようにするステップと、プラグ材料が使用時に溶けると加圧容器の外部へと向かうガスのための通路が提供されるように、パイプに穴を形成するステップとを備える方法が提供される。
【００１０】
ここで、添付図面を参照しながら、本発明にしたがって構成されるスターリングエンジンの一例について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
スターリングエンジンは、当分野において周知であるリニアなフリーピストンエンジンである。例えば国際公開第０３／０５２２５４号パンフレットには典型的なエンジンが示されている。
【００１２】
エンジンは、複数のフィン２により取り囲まれたヘッド１を一端に有するとともに、オルタネータ３を他端に有している。濾過器及びパワーピストンがケーシング内で往復動してオルタネータ３で電力が生成される間に、熱がエンジンヘッド２に入力されるとともに中間領域４から引き出される。エンジンは一般に２部品ハウジングであるケーシング５内に収容されており、２部品ハウジングにおける２つの部品は、シートメタルから加圧成形されるとともに、全てのエンジン部品が組み込まれると互いに溶接され、それにより、密閉加圧容器を形成する。
【００１３】
圧力除去機能を与えるため、エンジンの下部に可融性プラグ６が設けられる。プラグ６は、融点が約１４０℃の共晶化合物などの低融点合金により形成されている。可融性プラグを固定するために段付きの穴５Ａが設けられている。ケーシング５の外側に露出されるプラグの表面積は、ケーシングの加圧された内側に露出される面積よりもかなり小さい。これにより、ケーシング内の圧力がプラグをケーシングの外側へ吹き飛ばすことが防止される。プラグは、ケーシング自体の製造に対する二次的な低温プロセスとして、ハウジングの段付き穴５Ａ内のその場所に注入される。これにより、組立中にプラグホルダをケーシング中へ溶接せずに済み、したがって、プラグ又はケーシングが損傷する可能性が減少する。加圧容器が組み立てられると、アセンブリが正確に動作していることを裏付ける漏れ試験をアセンブリに対して行なうことができる。
【００１４】
可融性プラグ６を組み込むと、例えば火災に起因して温度が過度になった場合に、プラグが溶解して、加圧容器が内部のガス圧を安全に排出することができる。これにより、内部のエンジンのガス圧が外部の更に高い温度に起因して増大することが防止され、それにより、潜在的な危険の発生が回避される。
【００１５】
本発明の第２の例が図３に示されている。この場合、ヘリウム充填パイプ７がケーシング５に対して溶接されている。或いは、ヘリウム充填パイプはハウジングの一部として成形されてもよい。このパイプは、エンジンをヘリウムで満たすために使用される。ヘリウム充填パイプ７がケーシングに対して溶接された後、当該パイプ内に可融性プラグ６が注入される。
【００１６】
本発明の第３の例が図４Ａ−４Ｆに示されており、これらの図は、ヘリウム充填パイプ７内にプラグを形成する際の様々なステップを示している。図４Ａに示されるように、シートから加圧成形されるケーシング５には、銀鑞８を使用して所定位置に半田付けされたヘリウム充填パイプ７が設けられている。その後、エンジンが組み立てられる。図４Ｂに示されるように充填パイプ７に窪み９が形成され、共晶材料から成るプラグ１０がパイプ内に挿入される。窪み９は、プラグ１０がケーシング５内に入ることを防止する。なお、窪み９は、プラグ１０のそれ以上の通過を防止する任意の形状の１つ以上の内部突起であってもよく、また、図示のようにイン・シトゥで形成されてもよく、或いは、パイプ７がケーシング５に取り付けられる前に形成されてもよい。プラグ１０は、パイプ７の内側断面とは異なる外側断面を有している。これにより、以下で説明する理由から、プラグ１０の周囲に流路が形成される。断面の違いにより、プラグの外壁に１つ以上のスロットが形成されてもよい。
【００１７】
図４Ｃに示されるように、その後、ヘリウム源に接続されたチューブ１１が充填パイプ７に対して接続され、エンジンは、前述した流路に沿ってプラグ１０の周囲を通過するヘリウムで満たされる。チューブ１１が取り外される前に、パイプ７の端部は、図４Ｄに示されるように矢印１２の方向で挟圧されて超音波溶接されることによりシールされる。
【００１８】
シールされると、チューブ１１を取り外すことができる。この時点で、プラグ１０は、図４Ｅに示されるように、当該プラグがパイプの全体にわたってシールするように、パイプ７の外側に加えられるブロートーチ等の局部的な熱又は誘導加熱により溶かされる。プラグが冷却して凝固したら、図４Ｆに示されるように、例えば穿孔により、パイプ７の壁を貫通してプラグ１０内に達するがプラグ１０を貫通しない穴１３が形成される。
【００１９】
図４Ｆから分かるように、この構成の別の利点は、プラグ１０がパイプ７の挟圧された端部のためのシールを効果的に形成するという点である。パイプは超音波溶接されているが、エンジンの寿命の全体にわたって漏れが依然として生じる可能性があるため、プラグ１０によって形成される更なるシールは有用な二次的保護を与える。
【００２０】
使用時にケーシング５が過熱する場合には、プラグが溶けて、ガスが穴１３を通じて抜ける。
【００２１】
第４の例において、ケーシング５には、図５に示されるように、オルタネータに対する電気コネクタ１４が設けられている。このコネクタは、オルタネータに接続する３つのリード線１５を有している。このコネクタには可融性プラグ１６が注入されている。可融性プラグは、第２の例と同様の方法で、電気コネクタがケーシング５に対して溶接された後に注入される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】スターリングエンジンの基本的な構成部品及び可融性プラグの好ましい位置を示す概略図である。
【図２】図１のIIの印が付されたスターリングエンジンハウジングの壁部を詳細に示している。
【図３】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンのハウジングの壁部を示している。
【図４Ａ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｂ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｃ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｄ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｅ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｆ】本発明の第１の態様の第３の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第２の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図５】本発明の第１の態様の第４の例に係るスターリングエンジンと共に使用するための電気コネクタを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008500486.tif 000005
【図４Ａ】
2008500486.tif 000006
【図４Ｂ】
2008500486.tif 000007
【図４Ｃ】
2008500486.tif 000008
【図４Ｄ】
2008500486.tif 000009
【図４Ｅ】
2008500486.tif 000010
【図４Ｆ】
2008500486.tif 000011
【図５】
2008500486.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月4日(2006.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧容器と、前記加圧容器内に注入されたプラグとを備え、前記プラグが、加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されているスターリングエンジンであって、前記加圧容器が、更なる構成部品が取り付けられたケーシングを備え、前記プラグが前記更なる構成部品のうちの１つに注入される、スターリングエンジン。
【請求項２】
前記更なる構成部品がヘリウム充填パイプである、請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項３】
前記更なる構成部品が電気コネクタである、請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
前記プラグが共晶化合物により形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
充填パイプを含む加圧容器を備えるスターリングエンジンを製造する方法であって、前記加圧容器の材料よりも低い融点を有するプラグを前記パイプ内に挿入するステップと、前記プラグが前記パイプを通過するのを防止するステップと、前記プラグの周囲で前記パイプを通り抜ける流路或いは前記プラグを貫通する流路を設けるステップと、作動ガスの供給体を前記パイプに接続して前記エンジンを充填するステップと、前記充填パイプをシールするステップと、作動ガスの前記供給体を取り外すステップと、前記パイプを加熱して前記プラグを溶かすステップと、前記パイプの幅全体にわたってプラグを凝固させることができるようにするステップと、プラグ材料が使用時に溶けると前記加圧容器の外部へと向かうガスのための通路が提供されるように、前記パイプに穴を形成するステップとを備える方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、加圧容器と、加圧容器内に注入されたプラグとを備え、プラグは、加圧容器の材料よりも低い融点を有するとともに、加圧容器が閾値温度を超える場合に溶けてエンジン内の圧力を逃がすように構成されているスターリングエンジンであって、加圧容器が、更なる構成部品が取り付けられたケーシングを備え、プラグが前記更なる構成部品のうちの１つに注入される、スターリングエンジンが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の一例が図３に示されている。この場合、ヘリウム充填パイプ７がケーシング５に対して溶接されている。或いは、ヘリウム充填パイプはハウジングの一部として成形されてもよい。このパイプは、エンジンをヘリウムで満たすために使用される。ヘリウム充填パイプ７がケーシングに対して溶接された後、当該パイプ内に可融性プラグ６が注入される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の第２の例が図４Ａ−４Ｆに示されており、これらの図は、ヘリウム充填パイプ７内にプラグを形成する際の様々なステップを示している。図４Ａに示されるように、シートから加圧成形されるケーシング５には、銀鑞８を使用して所定位置に半田付けされたヘリウム充填パイプ７が設けられている。その後、エンジンが組み立てられる。図４Ｂに示されるように充填パイプ７に窪み９が形成され、共晶材料から成るプラグ１０がパイプ内に挿入される。窪み９は、プラグ１０がケーシング５内に入ることを防止する。なお、窪み９は、プラグ１０のそれ以上の通過を防止する任意の形状の１つ以上の内部突起であってもよく、また、図示のようにイン・シトゥで形成されてもよく、或いは、パイプ７がケーシング５に取り付けられる前に形成されてもよい。プラグ１０は、パイプ７の内側断面とは異なる外側断面を有している。これにより、以下で説明する理由から、プラグ１０の周囲に流路が形成される。断面の違いにより、プラグの外壁に１つ以上のスロットが形成されてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第３の例において、ケーシング５には、図５に示されるように、オルタネータに対する電気コネクタ１４が設けられている。このコネクタは、オルタネータに接続する３つのリード線１５を有している。このコネクタには可融性プラグ１６が注入されている。可融性プラグは、第１の例と同様の方法で、電気コネクタがケーシング５に対して溶接された後に注入される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図１】背景技術としてのスターリングエンジンの基本的な構成部品を示す概略図である。
【図２】図１のIIの印が付されたスターリングエンジンハウジングの壁部を詳細に示している。
【図３】本発明の第１の態様の第１の例に係るスターリングエンジンのハウジングの壁部を示している。
【図４Ａ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｂ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｃ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｄ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｅ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図４Ｆ】本発明の第１の態様の第２の例に係るスターリングエンジンを製造するための本発明の第１の態様に係るスターリングエンジの製造方法を図示している。
【図５】本発明の第１の態様の更なる例に係るスターリングエンジンと共に使用するための電気コネクタを示している。
【国際調査報告】
2008500486.tif 000013
2008500486.tif 000014
2008500486.tif 000015