(57)【要約】スターリングエンジンの為の熱伝達用ヘッド（１０）が開示されている。熱伝達用ヘッド（１０）は、熱伝達用ヘッド（１０）から突き出している複数の外付け円周フィン（３０）を備える。接近した少なくとも２つのフィン（３０）は、実質的に平行であり、一つのフィンが受ける放射熱の一部は他のフィンへと反射されるように配置されている。第２セットのフィン（４０）は、円周フィンの上方に備えられている。第２セットのフィン（４０）は、バーナーからの燃焼ガスが、上方に通過できるように、かつ、フィンの間を通過する燃焼ガスから熱が吸収されるように配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動軸を有するスターリングエンジンの為の熱伝達用ヘッドにおいて、前記ヘッドは、複数の外付けフィンを持ち、前記外付けフィンは、前記熱伝達用ヘッドから外に突き出し、一定の長さ、第１側部、第２側部を有する各々のフィンで第１セットを提供し、接近した前記フィンの少なくとも２つは、これらの長さの少なくとも一部が実質的に平行になるように配置され、かつ、前記２つの接近したフィンの一つの側部で受けた放射熱の少なくとも一部が他のフィンの側部で反射するように配置されると共に、
前記第１セットの上方に第２セットのフィンが配置され、前記第２セットのフィンの各々は、一定の長さ、第１側部、第２側部を有して一平面上に位置決めされ、使用中には、前記熱伝達用ヘッドの往復動軸方向に伸びる、前記熱伝達用ヘッド。
【請求項２】
２つの接近したフィンの隣接した側部は、それらが前記熱伝達用ヘッドから離れて伸びるにつれて拡がる、請求項１記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項３】
各フィンは、実質的に三角形または先端を切り取った三角形断面を有する、請求項２記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項４】
前記第１セットのフィンの全長は、前記スターリングエンジンの周囲の付近で伸びている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項５】
前記第１セットのフィンの少なくとも一部は、放射熱源と実質的に向かい合って置かれ、前記フィンの少なくとも一部の両側に放射熱を向けることができる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項６】
前記第２セットのフィンの各々は、少なくとも一部が、放射熱源の上方に垂直に伸びている、請求項５記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項７】
前記第２セットのフィンの各々は、使用中、スターリングエンジンの円筒部に取り付けられ、前記円筒部の上方に伸びるが前記スターリンエンジンには直接取り付けられていない拡張部分を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項８】
第２セットのフィンは、少なくとも一つの円周リングによって一緒に連結されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱伝達用ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱伝達用ヘッドを備えたスターリングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
スターリングエンジンは、外部加熱式往復動エンジンである。それは、シリンダを有し、その内部で一または複数のピストンの振動が高温熱交換器と常温熱交換器との間で作動流体を移動させ、動力を出力するのに役立つ。
【０００２】
一般的に、熱は、内部ガスを加熱して作動用ピストンを駆動する為に、スターリングエンジンのシリンダの一端に供給される。スターリングエンジンの加熱される端部は、熱伝達用ヘッドと呼ばれ、熱を熱伝達用ヘッドに供給する環状ヒータ又はバーナーによって全体的に囲まれている。シリンダは、熱を供給する為にそれを囲むバーナーと共にほぼ垂直に配置され、バーナーからの高温排気ガスは上方に逃げることができる。スターリングエンジンのシリンダへの熱伝達を改善し、その効率を向上するため、熱伝達用ヘッドには、その表面積を増大する為にフィンを備えることができる。
【０００３】
本発明は、熱伝達用ヘッドへの熱伝達を改善することを目的とする。
【０００４】
本発明によると、往復動軸を有するスターリングエンジンの為の熱伝達用ヘッドにおいて、当該ヘッドは、複数の外付けフィンを持ち、外付けフィンは、熱伝達用ヘッドから外に突き出し、一定の長さ、第１側部、第２側部を有する各々のフィンで第１セットを提供し、接近したフィンの少なくとも２つは、これらの長さの少なくとも一部が実質的に平行になるように配置され、かつ、２つの接近したフィンの一つの側部で受けた放射熱の少なくとも一部が他のフィンの側部で反射するように配置されると共に、第１セットの上方に第２セットのフィンが配置され、第２セットの各フィンは、一定の長さ、第１側部、第２側部を有し、その長さは、一平面上に伸び、使用中には、当該熱伝達用ヘッドの軸方向に伸びる、当該熱伝達用ヘッドが提供されている。
【０００５】
熱は、各々の反射で第１セットのフィンにより吸収されるので、放射熱は２つの実質的に平行に接近したフィンの間で反射されるように当該フィンを配置することにより、より多量の熱エネルギが複数の反射の為に吸収され、より効率の良い熱伝達を提供する。第２セットのフィンの配置は、バーナーからの燃焼ガスが上方に通過でき、それらの間で熱が燃焼ガスから吸収できるようになっている。
【０００６】
他の実質的に平行なフィンの側部で反射された放射熱の少なくとも一部は、一つのフィンに反射して戻り、熱伝達を向上することが好ましい。
【０００７】
２つの接近したフィンの隣接した側部は、それらが熱伝達用ヘッドから離れて伸びるにつれて広がり、全体的にノコギリ形断面を提供し、各フィンは、実質的に三角形または頭が切られた三角形断面を有する。これにより、フィンの先端からバーナー、外部壁、高温ガスに戻る放射熱伝達は減じられる。
【０００８】
フィンの全長は、スターリングエンジンの周囲または周辺の付近に拡張してもよく、これにより、熱伝達用ヘッドの物理的強度が向上する。
【０００９】
互いの放射熱を反射するように配置された外付けフィンの少なくとも一部は、放射熱源（ヒータ又はバーナー等）の実質的に向かい合って置かれるように配置されるのが好ましい。
【００１０】
熱伝達を改善する為、第２セットの各フィンは、使用中にはスターリングエンジンの円筒部に取り付けられ、当該円筒部の上方に伸びるが、直接、スターリングエンジンには取り付けられない拡張部を有する。これと他との配置安定性を改善する為に、第２セットのフィンは、円周リングによって連結されるのが好ましい。
【００１１】
本発明を図示す熱伝達用ヘッドの例を、添付図面を参照して以下に説明する。
【００１２】
図１に示された熱伝達用ヘッド１０は、スターリングエンジンの上部を形成する。ヘッド１０は、一端にドーム１２を備えたシリンダ形になっている。環状バーナー２０は、概略的に示されている。バーナー２０は、熱伝達用ヘッド１０を囲み、熱伝達用ヘッド１０に熱を供給し、スターリングエンジンを作動させる。この例のバーナー２０は、天然ガスで動力が供給される。
【００１３】
熱伝達用ヘッド１０は、複数の細長い第１フィン３０が備えられ、各々の第１フィン３０の全長は、熱伝達用ヘッド１０の円筒部の周りに円周方向に伸びている。第１フィン３０のアスペクト比は、接近したフィン先端部の間の隙間は、フィンの高さに比べて小さくなるようになっている。熱伝達用ヘッド１０は、同様に、複数の第２フィン４０が備えられており、各々の第２フィン４０の全長は、熱伝達用ヘッドの円筒部１１の軸方向において、長手方向に伸びている。第２フィン４０は、熱伝達用ヘッド１０の周りに、放射面に配置されている。
【００１４】
図２に示されるように、フィン３０の各々は、第１の下側部３１と第２の上側部３２を有する。各フィンの側部３１、３２は、実質的に平坦であり、それらが熱伝達用ヘッド１０から離れて伸びるにつれて、互いに収束し合う。２つの側部が収束する各フィン３０の先端部３３の横断面は、図５で示されるように湾曲しているが、突端または他の適した断面でもよい。２つの接近したフィン３０の底部は、熱伝達用ヘッド１０に接合されている領域３４の断面は、図２に示されるように湾曲しているが、いかなる断面でもよい。この例における各フィン３０は、熱伝達用ヘッド１０の壁から先端部まで約２５ｍｍの高さを有し、接近したフィン３０の先端部３３間の隙間４は、約５ｍｍである。各フィンの高さ５は、フィンにおける放射熱の反射を促進する為に、接近したフィン３０の先端部３３の、間隔の２倍を越えるのが好ましい。しかし、各フィンの高さ５は、接近したフィン３０の先端部の隙間４の３倍、４倍、５倍でもよい。第２フィンは、上昇する燃焼ガスから熱を吸収する為に、熱源２０の上方に配置されるのが好ましい。この配置では、熱源２０からの大部分の熱が、熱伝達用ヘッド１０により、高効率で、吸収される。
【００１５】
図３は、熱伝達用ヘッド１０用フィンの他の配置を示す。図３で示されるフィンは、熱伝達用ヘッド１０の周りで円周方向に間隔を開けて配置された地点でフィン３０の側部にチャネルが横断的に形成されている点を除き、図２で示されるフィンと同一である。チャネルは、熱伝達用ヘッド１０の円筒部の軸方向に伸びている。燃焼ガスの増加する流量を収容する為に、熱伝達用ヘッド１０の上部に近いフィン３０の側部にチャネルが更に伸びている。チャネルは、円形ノコギリを用いてフィン３０において切断されてもよい。
【００１６】
フィンは、金属（通常、スチール）のような適した熱伝導材から形成されてもよい。熱伝導用ヘッド１０、フィン３０、４０は、ヘッドの円筒部にろう付けされた材料による別個の部品や一体化された部品から形成され、フィン３０、４０から熱伝導用ヘッドへの熱伝導を高めてもよい。
【００１７】
追加の円周上のスロットは、応力緩和の目的のため、フィンセクション４０で使用されてもよいが、これはシリンダ設計と操作圧力と温度に依存する。
【００１８】
図４は、熱伝達用ヘッド１０用フィンの他の配置を示す。この配置は、概括的に図２に示された配置と同一である。さらに、この配置は、図３に示されるようなチャネルを組み込んでもよい。この配置において、フィン４０は、熱伝達用ヘッドの円筒部の上方に拡張する拡張部分４０Ａを有する。しかし、フィン４０は、ヘッドの円筒部に取り付けられているにすぎず、ドーム１２とフィン４０の拡張部分４０Ａとの間にはクリアランスがある。
【００１９】
リング４１は、拡張部分４０Ａの上面の、外周エッジ部の周りで延び、これにより、フィン４０を一緒に連結する。三角形断面の第２円周リング４２は、フィン４０の低い内側部分の付近で延びている。これにより、フィンが製造され、単一構成要素として設置させる、撓まない構造を提供する。拡張型フィンは、ヘッド１０に取り付けられたフィンの低い部分を通じて生じる熱伝達の全てを持つバーナーのガスからの高レベルの熱伝達を許容する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、熱伝達用ヘッドの斜視図を示す。
【図２】図２は、図１に示される熱伝達用ヘッドの為のフィンの側断面図である。
【図３】図３は、他のセットの、熱伝達用ヘッドの為のフィンの側断面図である。
【図４】図４は、他のセットの、熱伝達用ヘッドの為のフィンの側断面図である。
【符号の説明】
４…隙間、５…高さ、１０…熱伝達用ヘッド、１２…ドーム、２０…バーナー、３０…第１フィン、…第１下側側部、３２…第２上側部、３３…先端部、３４…地点、４０…第２フィン、４０Ａ…拡張部分。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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