(57)【要約】  【課題】  伝熱ヘッドとの間の熱授受がスムーズ且つ安定しているスターリング機関用熱交換器を提供する。  【解決手段】  スターリング機関１はピストン１２及びディスプレーサ１３により圧縮空間４５と膨脹空間４６の間で作動ガスを行き来させる。圧縮空間４５と膨脹空間４６の間に配置され、作動ガスとの間で熱を授受した熱を高温側伝熱ヘッド４０及び低温側伝熱ヘッド４１に伝える高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３は、いずれも熱交換器１００により構成される。熱交換器１００は、リング状ベース１０１の内面に、リングの中心方向に向かって延びる多数のフィン１０２を形成したものである。フィン１０２の先端同士の間に形成される円筒形の空間には留めリング１１０を圧入する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空間と膨脹空間を行き来する作動ガスとの間で授受した熱を伝熱ヘッドに伝達するスターリング機関用熱交換器において、
リング状ベースの内面に、リングの中心方向に向かって延びる多数のフィンを形成したことを特徴とするスターリング機関用熱交換器。
【請求項２】
前記ベースとフィンを一体に押出成形することを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項３】
前記フィンを多数立設した平板状素材をフィンを内側にして丸めることにより、前記リング状ベースを形成することを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項４】
前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つスリットを少なくとも１箇所に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項５】
前記スリットは、前記リング状ベースを分断するものであることを特徴とする請求項４に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項６】
前記スリットは、両岸部を連結するブリッジ部を備えることを特徴とする請求項４に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項７】
前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つ縮径用溝を少なくとも１箇所に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項８】
前記フィンは、端面方向から見た断面形状が、前記リング状ベースの中心方向に向かい先細りとなっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項９】
前記フィンの先端同士の間に形成される円筒形の空間に、留めリングを圧入することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項１０】
前記フィンは、端面方向から見た断面形状が曲線を描いていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器を搭載したことを特徴とするスターリング機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリング機関用熱交換器及びこれを用いるスターリング機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング機関は、フロンでなくヘリウム、水素、窒素などを作動ガスとして用いるので、オゾン層の破壊を招くことのない熱機関として注目を集めている。冷凍機として用いるスターリング機関では、リニアモータなどの動力源によりピストンを往復運動させ、このピストンに対しディスプレーサを、所定の位相差をもって同期往復運動させる。ピストンとディスプレーサは圧縮空間と膨脹空間の間で作動ガスを行き来させる。圧縮空間では作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間では作動ガスの温度が低下する。圧縮空間（高温空間）の熱を高温伝熱ヘッドを通じて放熱して等温圧縮変化を実現し、外部の熱を低温伝熱ヘッドを通じ膨脹空間（低温空間）に吸収して等温膨張変化を実現すれば、逆スターリングサイクルが形成される。
【０００３】
圧縮空間（高温空間）の熱を高温伝熱ヘッドに伝え、また外部の熱を低温伝熱ヘッドを通じ膨張空間（低温空間）に吸収するため、高温伝熱ヘッドと低温伝熱ヘッドの内部にはそれぞれ熱交換器が配置される。このような熱交換器の熱交換効率と熱授受効率を高めることはこれまでも当技術分野における関心事であった。
【０００４】
特許文献１、２にはコルゲートフィンからなる熱交換器が記載されている。コルゲートフィンは広い伝熱面積（作動ガスに接触する部分の面積）を有するため用いられる。コルゲートフィンは襞の頂部が管状の伝熱ヘッドの内周面に圧接し、線状の接触箇所により伝熱ヘッドとの間で熱授受を行う。特許文献３には熱交換器の要素技術であるスカイブ放熱部材が開示されている。特許文献４に開示されたものは熱交換器ではなく再生器であるが、押出成形加工によって放射状にフィンを形成している。
【特許文献１】特開２００２−８１７７４号公報（第３−５頁、図１−８）
【特許文献２】特開２００１−９１０７５号公報（第３−５頁、図１−５）
【特許文献３】特開２００１−３２６３０８号公報（第３−５頁、図１−５）
【特許文献４】特開２０００−２８２１４号公報（第４−５頁、図１−６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コルゲートフィンからなる熱交換器を伝熱ヘッドに組み合わせるにあたっては、コルゲートフィンの襞の頂部がもれなく伝熱ヘッドの内周面に密着することが求められる。そのためにはコルゲートフィンの襞の頂部の包絡線が真円を描くことが必要となるが、コルゲートフィンの幾何学形状をそのように正確に仕上げることは困難であり、伝熱ヘッドの内周面に接触しない頂部が生じることがしばしばあった。伝熱ヘッドに接触すべき箇所が接触しないという事態が発生すると、当然のことながら熱交換器と伝熱ヘッドの間の熱授受が阻害され、スターリング機関の性能が低下する。そのような事態に陥らないよう、コルゲートフィンの襞の頂部と伝熱ヘッドの内周面とをロウ付けしたり接着剤で接着したりして両者間に隙間をつくらないようにするという対策も実施されるが、それは材料コストと加工コストの増大を招き、好ましくない。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、伝熱ヘッドとの間の熱授受がスムーズ且つ安定している新規構造のスターリング機関用熱交換器を提供すること、及びかかる熱交換器を搭載した高性能のスターリング機関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】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために本発明は、圧縮空間と膨脹空間を行き来する作動ガスとの間で授受した熱を伝熱ヘッドに伝達するスターリング機関用熱交換器において、リング状ベースの内面に、リングの中心方向に向かって延びる多数のフィンを形成したことを特徴としている。
【０００８】
この構成によると、伝熱ヘッドとの間の熱授受をコルゲートフィンのように襞の頂部という線状の部分を通じて行うのでなく、リング状ベースの外周という面状の部分を通じて行うから、伝熱面積が広く、熱授受が安定し、授受する熱量そのものも多くすることができる。
【０００９】
（２）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記ベースとフィンを一体に押出成形することを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、ベースとフィンの間に熱の授受を阻害する境界部がないので、良好な熱授受を実現できる。
【００１１】
（３）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記フィンを多数立設した平板状素材をフィンを内側にして丸めることにより、前記リング状ベースを形成することを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、フィンを立設した平板状素材を丸めて熱交換器を形成するものであるから、フィンを立設するのに多様な手法を用いることができ、製造が容易である。また平板状素材の長さを変えることによりリング状ベースの直径を自由に調整できる。
【００１３】
（４）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つスリットを少なくとも１箇所に有することを特徴としている。
【００１４】
この構成によると、リング状ベースに力を加えてスリットの幅を縮めればベースの直径自体が小さくなるので、その状態でリング状ベースを伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にリング状ベースの外周面をぴったりと密着させることができる。また熱交換器と伝熱ヘッドの間に急激に温度差が生じた場合でも、スリットの存在がもたらす弾性でリング状ベースは伝熱ヘッドの膨張あるいは収縮に即座に追随し、面接触を保つことができる。
【００１５】
（５）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記スリットは、前記リング状ベースを分断するものであることを特徴としている。
【００１６】
この構成によると、スリットの幅の伸縮で伝熱ヘッドの内周とベースの外周との寸法差を吸収できるから、熱交換器の製造にあたり、寸法精度をそれほど厳しく追求しなくて済む。また、ベースのリング形状をたわめやすいので伝熱ヘッドに挿入するのも楽である。
【００１７】
（６）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記スリットは、両岸部を連結するブリッジ部を備えることを特徴としている。
【００１８】
この構成によると、熱交換器を手で支えなくてもスリットが開きすぎるということはなく、リング状ベースは一定直径以下に保たれるので、ハンドリングが容易である。
【００１９】
（７）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つ縮径用溝を少なくとも１箇所に有することを特徴としている。
【００２０】
この構成によると、リング状ベースに力を加えて縮径用溝の幅を縮めればリング状ベースの直径自体が小さくなるので、その状態でリング状ベースを伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にリング状ベースの外周面をぴったりと密着させることができる。
【００２１】
（８）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記フィンは、端面方向から見た断面形状が、前記リング状ベースの中心方向に向かい先細りとなっていることを特徴としている。
【００２２】
この構成によると、フィンの熱伝達は、熱交換器の中心方向に向ってはフィンの断面積が漸減するところから抵抗大となり、熱交換器の外周方向に向かってはフィンの断面積が漸増するところから抵抗小となる。従って熱交換器の外周方向に向かって熱が流れやすくなり、伝熱ヘッドとの間の熱授受量が増加する。
【００２３】
（９）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記フィンの先端同士の間に形成される円筒形の空間に、留めリングを圧入することを特徴としている。
【００２４】
この構成によると、留めリングが熱交換器を外周方向に圧迫し、フィンを強く押圧するので、熱交換器の外周面が伝熱ヘッドの内周面に押し付けられて接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【００２５】
（１０）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記フィンは、端面方向から見た断面形状が曲線を描いていることを特徴としている。
【００２６】
この構成によると、熱交換器の中心に挿入される部材に対し、フィンは曲げによる弾性で接触するから、その部材に届くフィンもあれば届かないフィンもあるといったばらつきが生じにくい。その部材が留めリングである場合、フィンが留めリングに及ぼす力の反力でリング状ベースは全周にわたり伝熱ヘッドの内周面に押し付けられて接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【００２７】
（１１）また本発明は、上記のいずれかの熱交換器を搭載したスターリング機関であることを特徴としている。
【００２８】
この構成によると、熱授受性能に優れた熱交換器を使用することにより、スターリング機関の能力あるいは運転効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、広い伝熱面積をもって伝熱ヘッドの内周面に面接触し、安定した熱授受が可能なスターリング機関用熱交換器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
最初に、本発明熱交換器の使用対象であるスターリング機関の構造を図１に基づき説明する。図１はスターリング機関の断面図である。
【００３１】
スターリング機関１は冷凍機として用いられるフリーピストンタイプのものであり、その組立の中心となるのはシリンダ１０、１１である。シリンダ１０、１１の軸線は同一直線上に並ぶ。シリンダ１０にはピストン１２が挿入され、シリンダ１１にはディスプレーサ１３が挿入される。ピストン１２及びディスプレーサ１３は、スターリング機関１の運転中、ガスベアリングの仕組みによりシリンダ１０、１１の内壁に接触することなく往復運動する。ピストン１２とディスプレーサ１３は所定の位相差を備えて動く。
【００３２】
ピストン１２の一方の端にはカップ状のマグネットホルダ１４が固定される。ディスプレーサ１３の一方の端からはディスプレーサ軸１５が突出する。ディスプレーサ軸１５はピストン１２及びマグネットホルダ１４を軸線方向に自由にスライドできるように貫通する。
【００３３】
シリンダ１０はピストン１２の動作領域にあたる部分の外側にリニアモータ２０を保持する。リニアモータ２０は、コイル２１を備えた外側ヨーク２２と、シリンダ１０の外周面に接するように設けられた内側ヨーク２３と、外側ヨーク２２と内側ヨーク２３の間の環状空間に挿入されたリング状のマグネット２４と、外側ヨーク２２を囲む管体２５と、外側ヨーク２２、内側ヨーク２３、及び管体２５を所定の位置関係に保持する合成樹脂製エンドブラケット２６、２７とを備える。マグネット２４はマグネットホルダ１４に固定されている。
【００３４】
マグネットホルダ１４のハブの部分にはスプリング３０の中心部が固定される。ディスプレーサ軸１５にはスプリング３１の中心部が固定される。スプリング３０、３１の外周部はエンドブラケット２７に固定される。スプリング３０、３１の外周部同士の間にはスペーサ３２が配置されており、これによりスプリング３０、３１は一定の距離を保つ。スプリング３０、３１は円板形の素材にスパイラル状の切り込みを入れたものであり、ディスプレーサ１３をピストン１２に対し所定の位相差（一般的には約９０゜の位相差）をもたせて共振させる役割を果たす。
【００３５】
シリンダ１１のうち、ディスプレーサ１３の動作領域にあたる部分の外側には高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１が配置される。高温側伝熱ヘッド４０はリング状、低温側伝熱ヘッド４１はキャップ状であって、いずれも銅や銅合金など熱伝導の良い金属からなる。高温側伝熱ヘッド４０の内周面にはリング状の高温側内部熱交換器４２が装着され、低温側伝熱ヘッド４１の内周面には同じくリング状の低温側内部熱交換器４３が装着される。高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３はそれぞれ通気性を有し、内部を通り抜ける作動ガスの熱を高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１に伝える。高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３の構造は後で詳細に説明する。
【００３６】
高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１はこのように高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３を介在させた形でシリンダ１１の外側に支持される。そして高温側伝熱ヘッド４０にはシリンダ１０及び圧力容器５０が連結される。
【００３７】
高温側伝熱ヘッド４０、シリンダ１０、１１、ピストン１２、ディスプレーサ１３、ディスプレーサ軸１５、及び高温側内部熱交換器４２で囲まれる環状の空間は圧縮空間４５となる。低温側伝熱ヘッド４１、シリンダ１１、ディスプレーサ１３、及び低温側内部熱交換器４３で囲まれる空間は膨張空間４６となる。
【００３８】
高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３の間には再生器７０が配置される。内部熱交換器４２、４３の間には再生器４７が配置される。再生器４７は容器に金網などの充填材（マトリックス）を詰め込んだり、金属薄板や合成樹脂フィルムをコイル状に巻いたりして形成したものであって、作動ガスが通る空隙を内部に有する。再生器４７の外側を再生器チューブ４８が包む。再生器チューブ４８は伝熱ヘッド４０、４１の間に気密通路を構成する。再生器チューブ４８は、例えばステンレス鋼で形成することができる。
【００３９】
リニアモータ２０、シリンダ１０、及びピストン１２を覆う筒状の圧力容器が胴体部５０を形成する。胴体部５０の内部は背圧空間５１となる。
【００４０】
胴体部５０の構造は次のようになっている。すなわち胴体部５０は、高温側伝熱ヘッド４０に接合されるリング状部５２と、このリング状部５２に接合されるキャップ状部５３とに２分割されている。リング状部５２、キャップ状部５３ともステンレス鋼製である。リング状部５２の一端はテーパ状に絞り込まれ、高温側伝熱ヘッド４０にロウ付けされる。キャップ状部５３はパイプの内面に鏡板５３ａを溶接した構造である。
【００４１】
リング状部５２の他端と、これに向かい合うキャップ状部５３の開口端には、フランジ形状部５４、５５が設けられる。フランジ形状部５４、５５はいずれもステンレス鋼製のリングをリング状部５２とキャップ状部５３に溶接して形成されるものであり、最終的にはフランジ形状部５４、５５を溶接して密閉状態の胴体部５０を形成する。
【００４２】
胴体部５０には、リニアモータ２０に電力を供給するための端子部２８と、内部に作動ガスを封入するためのパイプ５０ａが配置される。これらはいずれもキャップ状部５３の外周面から放射方向に突出するように設けられる。
【００４３】
胴体部５０には動吸振器６０が取り付けられる。動吸振器６０は、胴体部５０に固定されるベース６１と、ベース６１に支持される板状のスプリング６２と、スプリング６２に支持されるバランスウェイト６３とから成る。
【００４４】
スターリング機関１は次のように動作する。リニアモータ２０のコイル２１に交流電流を供給すると外側ヨーク２２と内側ヨーク２３の間にマグネット２４を貫通する磁界が発生し、マグネット２４は軸方向に往復する。ピストン系（ピストン１２、マグネットホルダ１４、マグネット２４、及びスプリング３０）の総質量と、スプリング３０のバネ定数とにより定まる共振周波数に一致する周波数の電力を供給することにより、ピストン系は滑らかな正弦波状の往復運動を開始する。
【００４５】
ディスプレーサ系（ディスプレーサ１３、ディスプレーサ軸１５、及びスプリング３１）にあっては、その総質量と、スプリング３１のバネ定数とにより定まる共振周波数がピストン１２の駆動周波数に共振するよう設定する。
【００４６】
ピストン１２の往復運動により、圧縮空間４５では圧縮、膨脹が繰り返される。この圧力の変化に伴って、ディスプレーサ１３も往復運動を行う。このとき、圧縮空間４５と膨脹空間４６との間の流動抵抗等により、ディスプレーサ１３とピストン１２との間には位相差が生じる。このようにしてフリーピストン構造のディスプレーサ１３はピストン１２と所定の位相差を有して同期して振動する。
【００４７】
上記の動作により、圧縮空間４５と膨脹空間４６との間に逆スターリングサイクルが形成される。圧縮空間では作動ガスの温度が上昇し、膨脹空間４６では作動ガスの温度が低下する。このため、圧縮空間４５の温度は上昇し、膨張空間４６の温度は下降する。
【００４８】
運転中に圧縮空間４５と膨張空間４６の間を行き来する作動ガスは、高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３を通過する際に、その有する熱を高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３を通じて高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１に伝える。圧縮空間４５から再生器７０へ流れ込む作動ガスは高温であるため高温側伝熱ヘッド４０は加熱され、高温側伝熱ヘッド４０はウォームヘッドとなる。膨張空間４６から再生器７０へ流れ込む作動ガスは低温であるため低温側伝熱ヘッド４１は冷却され、低温側伝熱ヘッド４１はコールドヘッドとなる。高温側伝熱ヘッド４０より熱を大気へ放散し、低温側伝熱ヘッド４１で特定空間の温度を下げることにより、スターリング機関１は冷凍機関としての機能を果たす。
【００４９】
再生器７０は、圧縮空間４５と膨張空間４６の熱を相手側の空間には伝えず、作動ガスだけを通す働きをする。圧縮空間４５から高温側内部熱交換器４２を経て再生器７０に入った高温の作動ガスは、再生器７０を通過するときにその熱を再生器７０に与え、温度が下がった状態で膨張空間４６に流入する。膨張空間４６から低温側内部熱交換器４３を経て再生器７０に入った低温の作動ガスは、再生器７０を通過するときに再生器７０から熱を回収し、温度が上がった状態で圧縮空間４５に流入する。すなわち再生器７０は蓄熱手段としての役割を果たす。
【００５０】
ピストン１２とディスプレーサ１３が往復運動し、作動ガスが移動すると、スターリング機関１に振動が生じる。振動抑制装置６０がこの振動を抑える。
【００５１】
続いて高温側内部熱交換器４２と低温側内部熱交換器４３の構造を図２以下の図に基づき説明する。高温側内部熱交換器４２と低温側熱交換器４３は、共に熱交換器１００により構成される。
【００５２】
熱交換器１００の第１実施形態を図２、３に示す。図２は高温側伝熱ヘッド４０又は低温側伝熱ヘッド４１（以下、高温側伝熱ヘッド４０と低温側伝熱ヘッド４１を合わせて単に「伝熱ヘッド」と称する）に嵌合した状態の熱交換器１００を端面側から、すなわちリングの軸線に視線を一致させて見た図である。図３は熱交換器１００の斜視図である。
【００５３】
熱交換器１００は、伝熱ヘッドの内径とほぼ同じ外径を有する薄いリング状のベース１０１の内面に、リングの軸線と平行に、且つリングの中心方向に向かって延びるフィン１０２を一定ピッチで多数形成したものである。ベース１０１とフィン１０２のリング軸線方向の幅は同一である。
【００５４】
熱交換器１００は、金属素材を長いチューブの形に押出成形し、それを所定長さに切断することにより製造できる。金属素材としては銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いる。押出成形によれば、ベース１０１とフィン１０２は一体のものとなり、両者間に熱の授受を阻害する境界部が存在しないので、良好な熱授受を実現できる。
【００５５】
熱交換器１００の成形手法は押出成形に限られない。ダイキャスト成型や素材ブロックからの削り出しなども採用可能である。これらの手法でもベース１０１とフィン１０２を一体化する形で成形できる。
【００５６】
熱交換器１００は、伝熱ヘッドの内周面に対し、ベース１０１の外周面で向かい合い、面接触する。このようにリング状のベース１０１の外周という面状の部分を通じて伝熱ヘッドとの間の熱授受を行うから、伝熱面積が広く、熱授受が安定し、授受する熱量そのものも多くすることができる。
【００５７】
フィン１０２の数を多くすれば作動ガスとの接触面積が増し、多くの熱を授受できるが、フィン１０２の数に比例して通気抵抗も増す。そこで、作動ガスとの接触面積と通気抵抗とのバランスがとれるようにフィン１０２の数を決定する。
【００５８】
フィン１０２は、端面方向から見た断面形状がベース１０１の中心方向に向かい先細りとなっている。このためフィン１０２の熱伝達は、熱交換器１００の中心方向に向ってはフィン１０２の断面積が漸減するところから抵抗大となり、熱交換器１００の外周方向に向かってはフィン１０２の断面積が漸増するところから抵抗小となる。従って熱交換器１００の外周方向に向かって熱が流れやすくなり、伝熱ヘッドとの間の熱授受量が増加する。
【００５９】
フィン１０２の先端同士の間に形成される円筒形の空間には留めリング１１０を圧入する。留めリング１１０にはステンレス鋼を用いるが、それ以外の金属であっても構わない。圧入した留めリング１１０が熱交換器１００を外周方向に圧迫し、フィン１０２を強く押圧するので、熱交換器１００の外周面が伝熱ヘッドの内周面に押し付けられて接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【００６０】
留めリング１１０の圧入は、熱交換器１００を伝熱ヘッドに挿入した後に行ってもよく、先に留めリング１１０を熱交換器１００に圧入しておいて、それから熱交換器１００を伝熱ヘッドに圧入するという手順を踏んでもよい。
【００６１】
熱交換器１００の外径を伝熱ヘッドの内径よりも若干大きめにしておき、両者の嵌合がしまりばめになるようになるようにしておいてもよい。こうすれば、留めリング１１０を省略できる。
【００６２】
フィン１０２は、端面方向から見た断面形状が曲線を描いている。このため、熱交換器１００の中心に他部材を挿入すると、フィン１０２には圧縮だけでなく、曲率半径が縮小するという弾性変形が生じる。挿入された部材にフィン１０２の先端がクッション性をもって接触することになり、その部材に届くフィンもあれば届かないフィンもあるといったばらつきが生じにくい。留めリング１１０を圧入する場合には、フィン１０２が留めリング１１０に及ぼす力の反力でベース１０１は全周にわたり伝熱ヘッドの内周面に押し付けられるから、これによって接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【００６３】
熱交換器１００の第２実施形態を図４〜６に示す。図４は第２実施形態に係る熱交換器１００ａの斜視図である。図５は伝熱ヘッドに嵌合した状態の熱交換器１００ａを端面側から見た図である。図６は平面展開図である。
【００６４】
第１実施形態の熱交換器１００は、最初からリング形状となっていたが、第２実施形態の熱交換器１００ａはそうではない。平板状の金属素材１０１ｐに多数のフィン１０２を立設し、その金属素材１０１ｐをフィン１０２を内側にして丸めることによりリング状のベース１０１を得るものである。図６には平面形状矩形の金属素材１０１ｐにリング軸線と平行な多数のフィン１０２を立設したものが示されている。この金属素材１０１ｐを丸めると図４、５に示される熱交換器１００ａが得られる。
【００６５】
この製造方法によると、フィン１０２を立設するのに多様な手法、例えば特許文献３に記載されたスカイブ加工などを用いることができるから、コスト的に有利な手法を選んで製造することができる。また金属素材１０１ｐの長さを変えることによりベース１０１の直径を自由に調整できる。
【００６６】
スカイブ加工などによってフィン１０２を立設した金属素材１０１ｐを、円筒状の型に巻き付けるなど従来周知の加工法で丸めてリング状にすると、突合せ端同士の間に、ベース１０１を分断する形でリング軸線と平行に延びるスリット１０３が形成される。スリット１０３は、幾何学形状的に見れば、当然のことながらリング軸線方向にベクトル成分を持つ。このようにリング軸線方向にベクトル成分を持つスリット１０３がベース１０１に設けられている熱交換器１００ａは、ベース１０１に力を加えてスリット１０３の幅を縮めればベース１０１の直径自体が小さくなるので、その状態でベース１０１を伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にベース１０１の外周面をぴったりと密着させることができる。また熱交換器１００ａと伝熱ヘッドの間に急激に温度差が生じた場合でも、スリット１０３の存在がもたらす弾性でベース１０１は伝熱ヘッドの膨張あるいは収縮に即座に追随し、面接触を保つことができる。
【００６７】
スリット１０３はベース１０１を分断する形であり、スリット１０３の幅の伸縮で伝熱ヘッドの内周とベース１０１の外周との寸法差を吸収できるから、熱交換器１００ａの製造にあたり、寸法精度をそれほど厳しく追求しなくて済む。また、ベース１０１のリング形状をたわめやすいので伝熱ヘッドに挿入するのも楽である。
【００６８】
なお、フィン１０２を立設した金属素材１０１ｐを丸めるという手法によらず、スリット１０３を持った形に金属素材を押出成形して熱交換器１００ａの形状を得ることも可能である。
【００６９】
熱交換器１００の第３実施形態を図７に示す。図７は第３実施形態に係る熱交換器１００ｂの平面展開図である。
【００７０】
第２実施形態では、フィン１０２はリング軸線と平行に立設されていた。第３実施形態のフィン１０２は、リング軸線に対し角度θで交差するように延びている。この金属素材１０１ｐを丸めると、フィン１０２はリング軸線に対しスキュー角をなすことになる。
【００７１】
第３実施形態の構成では、熱交換器全体の軸線方向長さが第２実施形態と同じであったとしても、フィン１０２の長さが第２実施形態のフィン１０２より長くなり、それだけ伝熱面積が増大し、熱授受効率が向上する。
【００７２】
熱交換器１００の第４実施形態を図８に示す。図８は第４実施形態に係る熱交換器１００ｃの平面展開図である。
【００７３】
第２実施形態では、フィン１０２はリング軸線と平行に直線状に延びていた。第４実施形態では、フィン１０２は「く」の字の形に屈曲している。
【００７４】
第４実施形態の構成では、熱交換器全体の軸線方向長さが第２実施形態と同じであったとしても、フィン１０２の長さが第２実施形態のフィン１０２より長くなり、それだけ伝熱面積が増大し、熱授受効率が向上する。
【００７５】
熱交換器１００の第５実施形態を図９、１０に示す。図９は第５実施形態に係る熱交換器１００ｄの斜視図、図１０は熱交換器１００ｄの平面展開図である。
【００７６】
第５実施形態が第２実施形態と異なる点は平板状金属素材１０１ｐの形状である。すなわち第２実施形態の金属素材１０１ｐは矩形であったが、第５実施形態の金属素材１０１ｐは平行四辺形となっている。この金属素材１０１ｐを丸めると、図１０に見られるように、スリット１０３はリング軸線に対しスキュー角を有することになる。スリット１０３がリング軸線方向にベクトル成分を持つ点、また全般的な作用効果は第２実施形態と変わらない。
【００７７】
熱交換器１００の第６実施形態を図１１に示す。図１１は第６実施形態に係る熱交換器１００ｅの平面展開図である。
【００７８】
第６実施形態の金属素材１０１ｐは、一端が突き出して三角形の凸部１０６となり、他端は凹んで三角形の凹部１０７となっている。凸部１０６と凹部１０７の間に形成されるスリットは「く」の字の形に屈曲する。そのスリットがリング軸線方向にベクトル成分を持つ点、また全般的な作用効果は第２実施形態と変わらない。
【００７９】
熱交換器１００の第７実施形態を図１２に示す。図１２は第７実施形態に係る熱交換器１００ｆの平面展開図である。
【００８０】
第７実施形態は、一端が太く、他端が細くなった金属素材１０１ｐを２個、太い方の端と細い方の端を並べ、全体として矩形が構成されるように組み合わせたものである。このように組み合わせた２個の金属素材１０１ｐを丸めると、円筒形の熱交換器１００ｆを得ることができる。
【００８１】
第５〜第７実施形態の金属素材１０１ｐに、第３、第４実施形態のフィン１０２を組み合わせることも可能である。
【００８２】
熱交換器１００の第８実施形態を図１３に示す。図１３は第８実施形態に係る熱交換器１００ｇの断面図である。
【００８３】
熱交換器１００ｇは全体が円錐台形状をなし、伝熱ヘッドの内面も熱交換器１００ｇと頂角の等しい円錐面になっている。熱交換器１００ｇを伝熱ヘッドに押し込むと熱交換器１００ｇの外周面が伝熱ヘッドの内周面に密着するので、熱授受効率を高めることができる。また熱交換器１００ｇは伝熱ヘッドに一定深さまでしか入らないので、熱交換器１００ｇを押し込みすぎてしまうということがない。
【００８４】
熱交換器１００の第９実施形態を図１４に示す。図１４は第９実施形態に係る熱交換器１００ｈの断面図である。
【００８５】
熱交換器１００ｈは、細い円筒部分と太い円筒部分を連結した２段円筒形状を備えている。熱交換器１００ｈを受け入れる伝熱ヘッドの内面も２段円筒面となっている。熱交換器１００ｈを伝熱ヘッドに挿入するとき、細い部分と太い部分の間の段差がストッパの役割を果たし、熱交換器１００ｈは一定の挿入深さできちんと止まる。このため、伝熱ヘッドと熱交換器１００ｈの相対位置を常に正確に定めることができる。
【００８６】
第８実施形態の熱交換器１００ｇと第９実施形態の熱交換器１００ｈは、ダイキャスト成型や素材ブロックからの削り出しなどで成形することができる。また第２〜第７実施形態のようにフィン１０２を立設した平板状金属素材１０１ｐを丸める手法によっても成形できる。フィン１０２の形状や平板状金属素材１０１ｐの形状はこれまでの実施形態にならえばよい。
【００８７】
熱交換器１００の第１０実施形態を図１５に示す。図１５は第１０実施形態に係る熱交換器１００ｉの斜視図である。
【００８８】
第１０実施形態の熱交換器１００ｉは、第１実施形態と同じく押出成形でリング形状としたうえ、放電加工でスリット１０３を形成したものである。スリット１０３はリング軸線と平行に延び、リング軸線方向のベクトル成分を持つ。スリット１０３の長さ方向の両端部分には、スリット１０３の両岸部を連結する細いブリッジ部１０４が形成される。ブリッジ部１０４は容易に挫屈するので、寸法がきつめの伝熱ヘッドの中に熱交換器１００ｂを圧入してブリッジ部１０４を挫屈させることにより、伝熱ヘッドの内周面にベース１０１の外周面をぴったりと密着させることができる。
【００８９】
スリット１０３の両岸部をブリッジ部１０４が連結するから、熱交換器１００ｉを手で支えなくてもスリット１０３が開きすぎるということはなく、ベース１０１は一定直径以下に保たれる。従って、通い箱に入れて組立工場に届ける局面でも、伝熱ヘッドに圧入する局面でも、熱交換器１００ｉのハンドリングは容易である。
【００９０】
熱交換器１００の第１１実施形態を図１６に示す。図１６は第１１実施形態に係る熱交換器１００ｊの斜視図である。
【００９１】
第１１実施形態の熱交換器１００ｊは、第１０実施形態と同じくリング軸線と平行に延びるスリット１０３の両端にブリッジ部１０４を備えるものであるが、そのブリッジ部１０４の形状が第１０実施形態と異なっている。すなわち第１１実施形態の熱交換器１００ｊのブリッジ部１０４は、第１０実施形態のように直線状ではなく、ベース１０１の外周面に直角な方向から見たとき、「く」の字の形状を呈している。これにより、ブリッジ部１０４が縮みやすく、あるいは挫屈が生じやすくなる。
【００９２】
熱交換器１００の第１２実施形態を図１７に示す。図１７は第１２実施形態に係る熱交換器１００ｋの斜視図である。
【００９３】
第１２実施形態の熱交換器１００ｋも、第１０実施形態と同じくリング軸線と平行に延びるスリット１０３の両端にブリッジ部１０４を備えるものであるが、そのブリッジ部１０４の形状が第１０実施形態と異なっている。すなわち第１２実施形態の熱交換器１００ｋのブリッジ部１０４は、ベース１０１の中心に向かって凹をなす円弧状断面を有する。本形状はブリッジ部１０４を有するスリット１０３を放電加工で形成した後、ブリッジ部１０４をプレス加工することで形成できる。これにより、ブリッジ部１０４が縮みやすく、あるいは挫屈が生じやすくなる。
【００９４】
熱交換器１００の第１３実施形態を図１８に示す。図１８は第１３実施形態に係る熱交換器１００ｌの斜視図である。
【００９５】
第１３実施形態の熱交換器１００ｌには、スリットに代え、縮径用溝１０５がベース１０１に形成されている。縮径用溝１０５はリング軸線と平行に延び、リング軸線方向のベクトル成分を持つ。縮径用溝１０５の断面形状は三角形である。このようにリング軸線方向にベクトル成分を持つ縮径用溝１０５がベース１０１に設けられている熱交換器１００ｌは、ベース１０１に力を加えて縮径用溝１０５の幅を縮めればベース１０１の直径自体が小さくなるので、その状態でベース１０１を伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にベース１０１の外周面をぴったりと密着させることができる。
【００９６】
熱交換器１００の第１４実施形態を図１９に示す。図１９は第１４実施形態に係る熱交換器１００ｍを伝熱ヘッドに嵌合し、それを端面側から見た図である。
【００９７】
第１４実施形態の熱交換器１００ｍは、縮径用溝１０５を複数個形成したものである。図では９０゜間隔で計４個の縮径用溝１０５を形成しているが、その数は任意である。
【００９８】
熱交換器１００の第１５実施形態を図２０に示す。図２０は第１５実施形態に係る熱交換器１００ｎを伝熱ヘッドに嵌合し、それを端面側から見た図である。
【００９９】
第１５実施形態の熱交換器１００ｎは、縮径用溝１０５の形状が第１３、第１４実施形態と異なる。すなわち第１５実施形態の熱交換器１００ｎの縮径用溝１０５は、ベース１０１の中心に向かって凹をなす円弧状断面を有するとともに、その壁面はベース１０１に比べて肉薄とされ、幅を縮めやすくなっている。
【０１００】
第１３〜第１５実施形態の縮径用溝１０５は、リング軸線と交差するように角度を持たせてもよい。１個のベース１０１に複数の縮径用溝１０５を形成する場合、溝毎に角度が異なっていてもよく、異なる角度の縮径溝１０５同士を互いに交差するように配置してもよい。
【０１０１】
上記各実施形態の構成は排他的なものではなく、重複実施が可能である。例えば第２実施形態の熱交換器１００ｂに第３〜第５実施形態のブリッジ部付スリットを追加したり、第１３〜第１５実施形態の縮径用溝を追加するといったことができる。その他各種の組み合わせで重複実施することが可能である。
【０１０２】
以上本発明の各実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、スターリング機関全般に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】スターリング機関の断面図
【図２】第１実施形態に係る熱交換器の端面図
【図３】第１実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図４】第２実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図５】第２実施形態に係る熱交換器の端面図
【図６】第２実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図７】第３実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図８】第４実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図９】第５実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１０】第５実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図１１】第６実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図１２】第７実施形態に係る熱交換器の平面展開図
【図１３】第８実施形態に係る熱交換器の断面図
【図１４】第９実施形態に係る熱交換器の断面図
【図１５】第１０実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１６】第１１実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１７】第１２実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１８】第１３実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１９】第１４実施形態に係る熱交換器の端面図
【図２０】第１５実施形態に係る熱交換器の端面図
【符号の説明】
【０１０５】
１    スターリング機関
１２  ピストン
１３  ディスプレーサ
２０  リニアモータ
４０  高温側伝熱ヘッド
４１  低温側伝熱ヘッド
４２  高温側内部熱交換器
４３  低温側内部熱交換器
４５  圧縮空間
４６  膨脹空間
１００、１００ａ〜１００ｎ  熱交換器
１０１  ベース
１０２  フィン
１０３  スリット
１０４  ブリッジ部
１０５  縮径用溝
１１０  留めリング
【図１】
2007085641.tif 000003
【図２】
2007085641.tif 000004
【図３】
2007085641.tif 000005
【図４】
2007085641.tif 000006
【図５】
2007085641.tif 000007
【図６】
2007085641.tif 000008
【図７】
2007085641.tif 000009
【図８】
2007085641.tif 000010
【図９】
2007085641.tif 000011
【図１０】
2007085641.tif 000012
【図１１】
2007085641.tif 000013
【図１２】
2007085641.tif 000014
【図１３】
2007085641.tif 000015
【図１４】
2007085641.tif 000016
【図１５】
2007085641.tif 000017
【図１６】
2007085641.tif 000018
【図１７】
2007085641.tif 000019
【図１８】
2007085641.tif 000020
【図１９】
2007085641.tif 000021
【図２０】
2007085641.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【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】
圧縮空間と膨脹空間を行き来する作動ガスとの間で授受した熱を伝熱ヘッドに伝達するスターリング機関用熱交換器において、
リング状ベースの内面に、リングの中心方向に向かって延びる多数のフィンを、リング軸線に対し角度θで交差するように形成したことを特徴とするスターリング機関用熱交換器。
【請求項２】
前記フィンが「く」の字の形に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱ヘッドの内面が円錐面になっているのに合わせ、全体が円錐台形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱ヘッドの内面が２段円筒面になっているのに合わせ、２段円筒形状を備えることを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項５】
前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つスリットを少なくとも１箇所に有し、前記スリットは、両岸部を連結するブリッジ部を備えることを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項６】
前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つ縮径用溝を少なくとも１箇所に有することを特徴とする請求項１に記載のスターリング機関用熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器を搭載したことを特徴とするスターリング機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために本発明は、圧縮空間と膨脹空間を行き来する作動ガスとの間で授受した熱を伝熱ヘッドに伝達するスターリング機関用熱交換器において、リング状ベースの内面に、リングの中心方向に向かって延びる多数のフィンを、リング軸線に対し角度θで交差するように形成したことを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この構成によると、伝熱ヘッドとの間の熱授受をコルゲートフィンのように襞の頂部という線状の部分を通じて行うのでなく、リング状ベースの外周という面状の部分を通じて行うから、伝熱面積が広く、熱授受が安定し、授受する熱量そのものも多くすることができる。またフィンがリング軸線に対しスキュー角をなすので、フィンの長さが長くなり、それだけ伝熱面積が増大し、熱授受効率が向上する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（２）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記フィンが「く」の字の形に屈曲していることを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この構成によると、フィンの長さが長くなり、それだけ伝熱面積が増大し、熱授受効率が向上する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（３）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記伝熱ヘッドの内面が円錐面になっているのに合わせ、全体が円錐台形状をなすことを特徴としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この構成によると、熱交換器を伝熱ヘッドに押し込んだとき、熱交換器の外周面が伝熱ヘッドの内周面に密着するので、熱授受効率を高めることができる。また熱交換器は伝熱ヘッドに一定深さまでしか入らないので、熱交換器を押し込みすぎてしまうということがない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（４）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記伝熱ヘッドの内面が２段円筒面になっているのに合わせ、２段円筒形状を備えることを特徴としている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この構成によると、熱交換器を伝熱ヘッドに挿入するとき、細い円筒部分と太い円筒部分を連結した２段円筒形状の、細い部分と太い部分の間の段差がストッパの役割を果たし、熱交換器は一定の挿入深さできちんと止まる。このため、伝熱ヘッドと熱交換器の相対位置を常に正確に定めることができる。
【手続補正１０】
【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】
（５）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つスリットを少なくとも１箇所に有し、前記スリットは、両岸部を連結するブリッジ部を備えることを特徴としている。
【手続補正１１】
【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】
この構成によると、寸法がきつめの伝熱ヘッドの中に熱交換器を圧入してブリッジ部を挫屈させることにより、伝熱ヘッドの内周面にベースの外周面をぴったりと密着させることができる。またスリットの両岸部をブリッジ部が連結するから、熱交換器を手で支えなくてもスリットが開きすぎるということはなく、ベースは一定直径以下に保たれる。従って、通い箱に入れて組立工場に届ける局面でも、伝熱ヘッドに圧入する局面でも、熱交換器のハンドリングは容易である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（６）また本発明は、上記構成のスターリング機関用熱交換器において、前記リング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つ縮径用溝を少なくとも１箇所に有することを特徴としている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この構成によると、リング状ベースに力を加えて縮径用溝の幅を縮めればベースの直径自体が小さくなるので、その状態でベースを伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にベースの外周面をぴったりと密着させることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（７）また本発明は、上記のいずれかの熱交換器を搭載したスターリング機関であることを特徴としている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この構成によると、熱授受性能に優れた熱交換器を使用することにより、スターリング機関の能力あるいは運転効率を向上させることができる。
【手続補正１６】
【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】
上記構成のスターリング機関用熱交換器のベースとフィンは、一体に押出成形するのがよい。このようにすれば、ベースとフィンの間に熱の授受を阻害する境界部がないので、良好な熱授受を実現できる。
【手続補正１７】
【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】
上記構成のスターリング機関用熱交換器は、フィンを多数立設した平板状素材をフィンを内側にして丸めることにより、リング状ベースを形成するのがよい。このようにすれば、フィンを立設するのに多様な手法を用いることができ、製造が容易である。また平板状素材の長さを変えることによりリング状ベースの直径を自由に調整できる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記構成のスターリング機関用熱交換器のリング状ベースは、リング軸線方向のベクトル成分を持つスリットを少なくとも１箇所に有することとするのがよい。このようにすれば、リング状ベースに力を加えてスリットの幅を縮めればベースの直径自体が小さくなるので、その状態でリング状ベースを伝熱ヘッドに挿入してから力を緩めることにより、伝熱ヘッドの内周面にリング状ベースの外周面をぴったりと密着させることができる。また熱交換器と伝熱ヘッドの間に急激に温度差が生じた場合でも、スリットの存在がもたらす弾性でリング状ベースは伝熱ヘッドの膨張あるいは収縮に即座に追随し、面接触を保つことができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
前記スリットは、前記リング状ベースを分断するものとするのがよい。このようにすれば、スリットの幅の伸縮で伝熱ヘッドの内周とベースの外周との寸法差を吸収できるから、熱交換器の製造にあたり、寸法精度をそれほど厳しく追求しなくて済む。また、ベースのリング形状をたわめやすいので伝熱ヘッドに挿入するのも楽である。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
上記構成のスターリング機関用熱交換器のフィンは、端面方向から見た断面形状が、リング状ベースの中心方向に向かい先細りとなるようにするのがよい。このようにすれば、フィンの熱伝達は、熱交換器の中心方向に向ってはフィンの断面積が漸減するところから抵抗大となり、熱交換器の外周方向に向かってはフィンの断面積が漸増するところから抵抗小となる。従って熱交換器の外周方向に向かって熱が流れやすくなり、伝熱ヘッドとの間の熱授受量が増加する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
上記構成のスターリング機関用熱交換器のフィンの先端同士の間に形成される円筒形の空間に、留めリングを圧入することとするのがよい。このようにすれば、留めリングが熱交換器を外周方向に圧迫し、フィンを強く押圧するので、熱交換器の外周面が伝熱ヘッドの内周面に押し付けられて接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
上記構成のスターリング機関用熱交換器のフィンは、端面方向から見た断面形状が曲線を描くようにするとよい。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
このようにすれば、熱交換器の中心に挿入される部材に対し、フィンは曲げによる弾性で接触するから、その部材に届くフィンもあれば届かないフィンもあるといったばらつきが生じにくい。その部材が留めリングである場合、フィンが留めリングに及ぼす力の反力でリング状ベースは全周にわたり伝熱ヘッドの内周面に押し付けられて接触状態が安定し、熱授受効率が向上する。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明によると、広い伝熱面積をもって伝熱ヘッドの内周面に面接触し、安定した熱授受が可能なスターリング機関用熱交換器を得ることができる。また、フィンの長さを長くとって伝熱面積を増大し、熱授受効率を向上させたスターリング機関用熱交換器を得ることができる。