(57)【要約】ヘッド（８）を有するスターリングエンジン（４）を備えるスターリングエンジンアセンブリ（１）である。バーナ（７）はヘッドを取り囲み、火炎が持続されるバーナ要素を備える。バーナには可燃性ガスの流れが供給される。レキュペレータ（２０）は、ガスの流れをバーナからの燃焼生成物を用いて予熱する。冷却回路（３２）が、バーナ要素の後部からヘッドから離れるように放射される熱をガスの流れとは分離している冷却剤の流れへと吸収するように、位置している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドを有するスターリングエンジンと、
前記ヘッドを取り囲み、火炎が持続されるバーナ要素を備え、可燃性ガスの流れが供給されるバーナと、
前記ガスの流れを前記バーナからの燃焼生成物を用いて予熱するレキュペレータと、
前記バーナ要素の後部から前記ヘッドから離れるように放射される熱を、前記ガスの流れとは分離している冷却剤の流れへと吸収するように位置する冷却回路と、を具備するスターリングエンジンアセンブリ。
【請求項２】
前記冷却剤の流れが、前記バーナ要素の周りを通過する前に前記スターリングエンジンの冷却エンドの周りを通過するように構成されている、請求項１記載のスターリングエンジンアセンブリ。
【請求項３】
前記冷却剤の流れが、前記バーナ要素の周りを通過した後に前記バーナからの排気ガスによる熱を受け取るように構成されている、請求項１記載のスターリングエンジンアセンブリ。
【請求項４】
前記冷却剤の流れが、前記バーナ要素の周りを通過した後に補助バーナからの熱を受け取るように構成されている、請求項１記載のスターリングエンジンアセンブリ。
【請求項５】
フレキシブルシールが前記バーナと前記スターリングエンジンヘッドとの間に設けられて前記バーナからのガスの逃げを防ぎ、前記冷却剤の流れが当該フレキシブルシールを冷却するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスターリングエンジンアセンブリ。
【請求項６】
前記冷却剤の流れが、共通ダクトが前記バーナ要素と前記ヘッドの周りのシングルパス上にあるシールとを冷却するように構成されている、請求項５記載のスターリングエンジンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、スターリングエンジンアセンブリに関する。
【０００２】
スターリングエンジンアセンブリは当該技術分野で知られており、例えば国際公開第99/40309号パンフレットに記載のものは、スターリングエンジンヘッドにレキュペレータ（復熱器）を有し、バーナに供給される空気をバーナからの可燃性ガスで加熱するようになっている。レキュペレータの外面は装置の内側にある空気にさらされているため、レキュペレータの表面から消散するあらゆる熱が装置へと消散する。
【０００３】
バーナ／レキュペレータアセンブリの主要目的は、エンジンヘッドの温度を最小のエネルギー量で維持することである。このエネルギーの最小化は、バーナの排気ガスからの熱を回収し、それを使用してバーナに供給される空気／ガス混合物を予熱するレキュペレータを使用することで達成できる。装置の外側の周囲に絶縁体を使用することで、再生の度合いと熱効率を維持することができる。しかしながら、２つの因子を考慮する必要がある。
【０００４】
第１に、入ってくる空気／ガス混合物の温度を臨界上限より下に保たなければならない。もしこの限界を超えると混合物の自動発火が起こり、さらなる過熱や装置の潜在的損傷につながるおそれがある。
【０００５】
第２に、装置は公称最高温度を有する熱に敏感な電気部品を収容する場合がある。したがって、バーナ／レキュペータアセンブリから消散する熱量を、電気部品に対するあらゆる損傷を防ぐようなレベルに維持する必要がある。
【０００６】
本発明によると、スターリングエンジンアセンブリは、ヘッドを有するスターリングエンジンと、ヘッドを取り囲み、火炎が持続されるバーナ要素を備え、可燃性ガスの流れが供給されるバーナと、このガスの流れをバーナからの燃焼生成物を用いて予熱するレキュペレータと、バーナ要素の後部からヘッドから離れるように放射される熱を、ガスの流れとは分離している冷却剤の流れへと吸収するように位置する冷却回路とを具備する。
【０００７】
本発明は、スターリングエンジンヘッドを取り囲んで、ヘッドに対して特に有効な熱伝達を行うバーナを使用している。しかしながら、かなりの量の熱がバーナ要素から放射し、レキュペレータの壁、次いで装置へと放射している。この熱のいくらかを取り除いて分離している冷却剤の流れへと送ることによって、入ってくるガスの温度と装置の内部の温度の両方を制御することができる。
【０００８】
バーナ要素のための冷却剤の流れを専用の流れにしてもよい。しかしながら、冷却剤の流れは、スターリングエンジンの冷却エンドを冷却した流れであるのが好ましい。このような流れは適宜に得ることができるので、コストやスペースの面で利点がある。
【０００９】
バーナからの排気ガスによる熱を続けて受け取るように、冷却剤の流れを構成するのが好ましい。家庭用熱電併給の用途では、このように加熱された冷却剤の流れを使用して、セントラルヒーティングや温水暖房などの家庭用の加熱需要を満たすことができる。このような構造では、補助バーナを設けて冷却剤の流れにさらに熱を供給して、家庭の熱需要を常に確実に満たすことができるようにすることが好ましい。
【００１０】
フレキシブルシールをバーナとスターリングエンジンヘッドとの間に設けて、バーナからのガスが装置へと逃げるのを防ぐことができる。この場合、このシールをバーナ要素を冷却するために使用する冷却剤の流れで冷却してもよい。冷却されたフレキシブルシール構造は、別の同時係属出願である英国特許出願明細書（GB 0211121.9）の主題である。バーナ要素とシールを、冷却剤の流れの共通ダクトがバーナ要素とヘッドの周りのシングルパス上にあるシールの両方を冷却できるように配置することができる。
【００１１】
以下、本発明によるバーナアセンブリの例を、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に示す家庭用熱電併給システムは、スターリングエンジンアセンブリ１と共に、補助バーナ２と熱交換器３とを備え、この熱交換器では、家庭用セントラルヒーティングや温水システムからの水が、スターリングエンジンアセンブリからの排気ガスや補助バーナによって加熱される。
【００１３】
スターリングエンジンアセンブリ１は、弾性支持体５に支持されているスターリングエンジン４を備える。ファン６は、スターリングエンジンのヘッド８を取り囲むバーナ７への可燃性ガスの供給を行う。このガスはガス供給ダクト９に沿って供給され、ヘッド８を加熱したガスは続いてガス供給ダクト９に取り囲まれている排気ガスダクト１０に沿って流れる。そして排気ガスは熱交換器３へと供給され、そこで補助バーナ２からの燃焼生成物と合流する（ファン６によって可燃性ガスと共に供給されもする）。次いで、合流した流れは同心状の送管１１を通って排気される。
【００１４】
スターリングエンジンアセンブリの特徴を図２により詳細に示す。
【００１５】
エンジンヘッド８に加えて、スターリングエンジンはエンジン冷却器１２とオルタネータ１３とを備える。スターリングエンジンの内部構造は当該技術分野では周知なので、ここではより詳細には説明しない。環状吸収体１４がスターリングエンジン４を取り囲み、そこに弾性的に取り付けられてスターリングエンジンの振動を和らげている。
【００１６】
レキュペレータ２０が、スターリングエンジンのヘッド８の上で且つその周りに位置している。レキュペレータは外側ケーシング２１を備え、そこには絶縁体ブロック２２が取り付けられている。ガス供給ダクト９はケーシング２１と絶縁体２２との間に画定されており、一方絶縁体ブロック２２の底面は、スターリングエンジンヘッド８との間に排気ガスダクト１０を画定するように輪郭形成されている。このダクトは図２の１０’に示すように、ケーシング２１の上部を通って外へと延びているが、それは図２の断面図の平面の範囲外である。
【００１７】
バーナ７は火炎分散ストリップ２３を有しており、これはガスをより均等に環状バーナ７に分散させる。バーナ７からの熱の大部分は、強制対流と放射によってヒータヘッド８に伝達され、その吸収は環状フィン２４のシステムに助けられている。いくらかの熱はレキュペレータに放射され、又は以下により詳細に説明するようにバーナの半径方向外側に放射される。
【００１８】
スターリングエンジン４は、バーナ７とレキュペレータ２０に対してある限られた程度振動する。したがって、フレキシブルシール２５がスターリングエンジン４とバーナハウジングとの間に設けられている。図２に示すように、シール２５が耐え得る温度を制限するために、このシールはバーナ７から離れて配置されており、また絶縁体ブロック２６によってバーナから分離されている。
【００１９】
スターリングエンジン用の冷却構造は、以下の通りである。家庭の熱需要を満たすように熱を放した家庭用熱電併給システムにおける冷水は、最初にエンジン冷却器３０の周りを通過し、スターリングエンジンのコールドエンド１２を可能な限り最低温度に維持する。次いでこの水は、絶縁体２６を取り囲むシール冷却通路３１の周りに供給され、ここで熱を吸収することによってシール２５が耐え得る温度をさらに制限する。
【００２０】
次いで水は、バーナ７を取り囲む環状バーナ冷却通路３２へと供給され、火炎分散ストリップ２３から外側に放射される熱を吸収する。そして、図１に示すように、この水は熱交換器３へと供給され、そこでスターリングエンジンからの排気ガスと補助バーナ２によって上述のようにさらに加熱される。
【００２１】
種々の水路は直列であるものとして上述してきたが、幾つかの水路を並列に配置することもできる。特に、シール冷却通路３１とバーナ冷却通路３２を並列にしてもよく、手作業で調節される流量制御弁を並列な流路に配置して流れのバランスをとることができる。
【００２２】
バーナ冷却通路３２はバーナからの熱を取り出すので、これを使用することの影響は、約５５０℃の公称ヘッド動作温度を維持するために、バーナからより熱を必要としてしまうことである。しかしながら、このことは、装置に消散されてしまうであろうバーナからの熱の回収による熱効率の上昇によって相殺される。
【００２３】
レキュペレータを冷却するための別の構造を図３に示す。この図は、スターリングエンジンの左上半分しか示しておらず、エンジンの残りの部分は図２に示す通りである。
【００２４】
図３の例では、シール冷却通路３１とバーナ冷却通路３２が単一の冷却チャンネル４０に置換されている。熱伝導率の高い物質からなる環状ディスクであるサーマルブリッジ４１がバーナ７から冷却チャンネル４０への熱の通路を提供し、一方、シール２５は冷却チャンネル４０に隣接して配置されている。これによって、バーナ７とシール２５の冷却構造を単一のアセンブリに一体化できるため、製造コストや材料を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のスターリングエンジンアセンブリを組み込んだ熱電併給システムの概略表示である。
【図２】本発明のスターリングエンジンの断面図である。
【図３】変更した冷却構造を有する、本発明のスターリングエンジンアセンブリの部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2006515045.tif 000006