スターリングエンジンの熱交換器
【課題】複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、また配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制可能なスターリングエンジンの熱交換器を提供する。
【解決手段】加熱器は、２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の伝熱管７１Ａからなる伝熱管群７０Ａを備えている。伝熱管群７０Ａは、立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がり部Ｇ２と、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３とを備えている。加熱器４７Ａは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する固定板７２を備えている。
【解決手段】加熱器は、２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の伝熱管７１Ａからなる伝熱管群７０Ａを備えている。伝熱管群７０Ａは、立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がり部Ｇ２と、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３とを備えている。加熱器４７Ａは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する固定板７２を備えている。
【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の熱交換器に関し、特に２気筒α型のスターリングエンジンが備える２つの気筒間で該スターリングエンジンの動作流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備えたスターリングエンジンの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンは高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。スターリングエンジンの熱交換器に関し、複数の配管を備えた熱交換器に関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。またこのほか、熱交換性能に関する技術として本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０８３５８号公報
【特許文献２】特開２００９−７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンにおいて、多管式熱交換器（shell and tube exchanger, tubular exchanger）を用いて２つの気筒間で作動流体を流通させるにあたっては、例えば熱交換器の形状を概ねＵ字形の形状とすることが考えられる。この点、かかる形状は２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンの構成に照らしても構造上、合理的であると考えられる。しかしながら、概ねＵ字形の形状を有する熱交換器の場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも配管長が短くなり、流通抵抗が小さくなる。このためこの場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも作動流体の流量が大きくなる。またこの場合には、内側に位置する配管を流通する作動流体のほうが、外側に位置する配管を流通する作動流体よりも熱交換時間が短くなる。すなわちこの場合には、このようにして内側に位置する配管を流通する作動流体の作用が相対的に大きくなることで、スターリングエンジンの熱効率が低下するという問題がある。
【０００５】
これに対して、例えば特許文献１が開示する技術は、かかる問題を解決できると考えられる。しかしながら、特許文献１の開示技術では、例えば当該特許文献１の実施例１で具体的に開示されている構造など、適用する構造次第では、管同士の干渉が問題となることから熱交換器により多くの管を設けることが困難となり、この結果、より高い熱交換性能を得ることが困難になる場合があると考えられる。このため、２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンについては、上述した熱効率の低下を招くことなく、複数の配管からなる配管群を高密度に備えることが可能な熱交換器が望まれる。また、この場合には例えばスターリングエンジンを車両に搭載した場合に、配管同士が振動により接触する結果、騒音や摩耗の発生が懸念されることから、かかる騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できることが望まれる。
【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、また配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制可能なスターリングエンジンの熱交換器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】
上記課題を解決するための本発明は２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器である。
【０００８】
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定する構成であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けた構成であることが好ましい。
【００１０】
また本発明は前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねる構成であることが好ましい。
【００１１】
また本発明は前記複数の配管がクランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記２つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、前記２つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして４気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられる構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることができる。また本発明によれば、配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１にかかる加熱器を備えたスターリングエンジンを示す図である。
【図２】実施例１にかかるスターリングエンジンのピストン・クランク部の概略構成図である。
【図３】実施例１にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図４】実施例１にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図５】実施例２にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図６】実施例２にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図７】実施例３にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図８】実施例３にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本実施例にかかるスターリングエンジンの熱交換器である加熱器４７Ａを備えたスターリングエンジン１０Ａを模式的に示す図である。スターリングエンジン１０Ａは、２気筒α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０Ａは、クランク軸線ＣＬの延伸方向と気筒配列方向Ｘとが互いに平行になるように直列平行に配置された２つの気筒である高温側気筒２０および低温側気筒３０を有している。高温側気筒２０は膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。圧縮ピストン３１は、膨張ピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差が設けられている。
【００１６】
高温側シリンダ２２の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７Ａで加熱された作動流体が流入する。加熱器４７Ａは本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン１０Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１に対して、クランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）が平行になるように配置されている。加熱器４７Ａにおいて、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
低温側シリンダ３２の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。
再生器４６は、膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には、作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。
作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ２、Ｎ２等の気体を適用することができる。
【００１７】
次にスターリングエンジン１０Ａの動作について説明する。加熱器４７Ａで作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン２１が圧下され、これにより駆動軸（クランクシャフト）１１３の回動が行われる。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７Ａを通過して再生器４６に移送され、そこで熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇行程に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７Ａへ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン１０Ａが動作する。
【００１８】
ところで、本実施例ではスターリングエンジン１０Ａの熱源が車両の内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０Ａを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン１０Ａの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間で気体潤滑を行っている。
【００１９】
気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。
【００２０】
気体潤滑が行われるシリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン１０Ａの作動流体が介在している。ピストン２１、３１それぞれは、気体潤滑によりシリンダ２２、３２と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン２１、３１の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
【００２１】
さらにピストン２１、３１とシリンダ２２、３２とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン２１、３１およびシリンダ２２、３２同士で線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
【００２２】
ところで気体潤滑の場合、負荷能力が小さいことから、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。すなわち、気体潤滑を行う場合にはシリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低くなるため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。
【００２３】
このため、本実施例ではピストン・クランク部にグラスホッパの機構５０を採用している。直線運動を実現する機構にはグラスホッパの機構５０のほか例えばワットの機構があるが、グラスホッパの機構５０は他の機構に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に本実施例のスターリングエンジン１０Ａは、自動車の床下といった限られたスペースに設置されることになるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。またグラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらにグラスホッパの機構５０は機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易いという利点も有する。
【００２４】
図２はスターリングエンジン１０Ａのピストン・クランク部の概略構成を模式的に示す図である。なお、ピストン・クランク部には高温側気筒２０側と低温側気筒３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、高温側気筒２０側についてのみ説明し、低温側気筒３０側についての説明は省略する。近似直線機構は、グラスホッパの機構５０と、コネクティングロッド１１０と、エクステンションロッド１１１と、ピストンピン１１２とを備えている。膨張ピストン２１は、コネクティングロッド１１０、エクステンションロッド１１１およびピストンピン１１２を介して駆動軸１１３に接続されている。具体的には、膨張ピストン２１はピストンピン１１２を介してエクステンションロッド１１１の一端側に接続されている。そして、エクステンションロッド１１１の他端側にはコネクティングロッド１１０の小端部１１０ａが接続されている。そして、コネクティングロッド１１０の大端部１１０ｂが駆動軸１１３に接続されている。
【００２５】
膨張ピストン２１の往復運動は、コネクティングロッド１１０によって駆動軸１１３に伝達され、ここで回転運動に変換される。コネクティングロッド１１０はグラスホッパの機構５０によって支持されており、膨張ピストン２１を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１１０をグラスホッパの機構５０によって支持することにより、膨張ピストン２１のサイドフォースＦがほとんどゼロになる。このため、負荷能力の小さい気体潤滑を行う場合でも十分に膨張ピストン２１を支持することができる。
【００２６】
次に、加熱器４７Ａについて図３を用いてさらに具体的に説明する。ここで、加熱器４７Ａは多管式熱交換器となっており、作動流体を流通させる複数の配管に相当する複数の伝熱管７１Ａを備える。伝熱管７１Ａは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＶ字状の形状を有している。伝熱管７１Ａの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２が設けられている。伝熱管７１Ａには具体的にはＳＵＳチューブが用いられている。
【００２７】
そして、複数の伝熱管７１Ａは伝熱管群７０Ａを構成する。なお、図３では説明の便宜上、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａとして５本の伝熱管７１Ａを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ａを示している。伝熱管群７０Ａは具体的には１列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。さらに具体的には伝熱管群７０Ａは、互いに直列平行に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。この点、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａは、具体的には気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管７１Ａそれぞれは、図３（ａ）に示すように気筒配列方向Ｘを水平方向に合わせて気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに直交する方向Ｚに沿って見た場合に、左右対称な形状になっている。伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。伝熱管群７０Ａは、立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がり部Ｇ２と、折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。
【００２８】
立ち上がり部Ｇ１は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸した中間の部分となっている。立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて一端から離れるように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて他端に近づくように延伸することで、立ち上がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。このように構成された立ち上がり部Ｇ１は、第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。第１の平面Ｓ１は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な平面となっている。
【００２９】
立ち下がり部Ｇ２は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち下がるように延伸した中間の部分となっている。立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて他端に近づくように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて一端から離れるように延伸することで、立ち下がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。立ち下がり部Ｇ２は第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。第２の平面Ｓ２は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な、すなわち第１の平面Ｓ１と平行な平面となっている。
【００３０】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ部分となっている。この点、折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ接続部に相当している。折り返し部Ｇ３は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分と、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分とを結ぶ部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。この点、折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを気筒延伸方向Ｙにおいて同じ高さで結ぶようになっている。また折り返し部Ｇ３は、折り返しによって伝熱管群７０Ａに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Ｚ中央の位置に頂部が形成されるようになっている。
【００３１】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が連なる一対の折り曲げ端部Ｅを備えている。一対の折り曲げ端部Ｅは互いにオフセットしており、具体的には方向Ｚをオフセット方向として互いに均等にオフセットしている。また一対の折り曲げ端部Ｅのオフセット間隔は、オフセット方向において立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２の間に隙間を形成可能な間隔Ｗに設定されている。このため、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２も間隔Ｗのオフセット間隔を有し、第１の平面Ｓ１に沿って配置された立ち上がり部Ｇ１と、第１の平面Ｓ１と平行な第２の平面Ｓ２に沿って配置された立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図３（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。
【００３２】
一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっている。一端部Ｇ４は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっている。他端部Ｇ５は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
一端部Ｇ４と他端部Ｇ５とは、高温側気筒２０および再生器４６の上部それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置が異なる場合に、伝熱管群７０Ａの一端および他端それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置を調整可能な部分となっている。
【００３３】
伝熱管群７０Ａにおいて、一端部Ｇ４に設けられた第１の作動流体出入口Ｐ１それぞれは同一直線上に配置される。また他端部Ｇ５に設けられた第２の作動流体出入口Ｐ２それぞれは同一直線上に配置される。さらに、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれは、気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な（すなわち第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２に平行な）第３の平面Ｓ３に含まれている。この点、第３の平面Ｓ３は第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の間、中央に位置している。したがって、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２は、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２を含む第３の平面Ｓ３を挟んで互いに平行な平面となっている。
【００３４】
折り返し部Ｇ３には固定部材である固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図３（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。固定板７２は折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する。具体的には固定板７２は折り返し部Ｇ３において表面側に設けられており、折り返し部Ｇ３の頂部を固定することで、複数の伝熱管７１Ａを固定する。さらに固定板７２は、複数の伝熱管群７０Ａの間で共通のものとなっており、複数の伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定する。各伝熱管７１Ａは例えば溶接によって固定板７２に固定することができる。
【００３５】
かかる伝熱管群７０Ａは、具体的には図４に示すように加熱器４７Ａを構成する。なお、図示の都合上、図４（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２は例えば上面視で長方形状の形状になるように、或いはさらに必要な部分のみを残した形状になるように形成することができる。加熱器４７Ａには、図４（ｃ）に示すように第１の作動流体出入口Ｐ１を接続するための第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれが高温側気筒２０側に設けられている。第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれは、気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられており、また方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。したがって、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第１の伝熱管接続口Ｂ１同士は、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。
また加熱器４７Ａには、図４（ｃ）に示すように第２の作動流体出入口Ｐ２を接続するための第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれが低温側気筒３０側に設けられている。第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれは気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられるとともに、方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。このため、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第２の伝熱管接続口Ｂ２同士も、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。
【００３６】
第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の数は互いに等しくなっている。また第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔とは互いに等しくなっており、第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の方向Ｚに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の方向Ｚに沿った間隔も互いに等しくなっている。さらに第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った位置が同じである場合に、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第１の伝熱管接続口Ｂ１の数と、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第２の伝熱管接続口Ｂ２の数とが互いに等しくなるように設けられている。したがって、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に同じ数だけ等間隔に設けられている。また、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の間隔と、伝熱管７１Ａの第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２の間隔とは互いに等しくなっている。
【００３７】
そして加熱器４７Ａでは、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２のセットそれぞれに対して、伝熱管７１Ａが設けられている。この点、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられた第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２に対し、伝熱管７１Ａは気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列平行に、且つ等間隔で配置され、複数の伝熱管群７０Ａを構成している。
一方、固定板７２は各伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定している。また固定板７２は排気ガスを流通させる通路部材である排気管１００との位置決めを兼ねている。この点、固定板７２を位置決めとして機能させるにあたっては、例えば固定板７２、或いはその一部として設けられた凹凸部などが正規の位置において、固定板７２の移動を防止可能なように係合する係合部を排気管１００に設けることができる。また固定板７２は例えば正規の位置で排気管１００に固定されることで、位置決めとして機能してもよい。
【００３８】
次に加熱器４７Ａの作用効果について説明する。加熱器４７Ａでは、伝熱管群７０Ａが、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、これらを結ぶ折り返し部Ｇ３を備えている。そしてかかる構造によれば、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａを１列状の集合をなすように密に並べて配置することが可能になる。このため加熱器４７Ａは、これにより伝熱管群７０Ａの高密度化を図ることができ、以って高い熱交換性能を実現することができる。
一方、複数の伝熱管７１Ａを高密度に備えた場合には、振動によって複数の伝熱管７１Ａ同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器４７Ａは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する固定板７２を備えている。このため加熱器４７Ａは、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することを防止或いは抑制できる。
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が各伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定している。このため加熱器４７Ａは、振動によって隣り合う伝熱管群７０Ａの伝熱管７１Ａ同士が接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
【００３９】
また加熱器４７Ａは、固定板７２が折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定することで、立ち上がり部Ｇ１や立ち下がり部Ｇ２において、気筒配列方向Ｘに沿った各伝熱管７１Ａの熱変形を許容しつつ、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定することで、立ち上がり部Ｇ１や立ち上がり部Ｇ２において方向Ｚに沿って発生する各伝熱管７１Ａの熱変形の方向を揃えることができ、これにより方向Ｚに沿った各伝熱管７１Ａの熱変形を許容しつつ、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。この点、各伝熱管７１Ａの熱変形の方向を揃えるにあたっては、例えば各伝熱管７１Ａの立ち上がり部Ｇ１それぞれの間、および各伝熱管７１Ａの立ち下がり部Ｇ２それぞれの間で、機関冷間時に方向Ｚに沿って同一方向のたわみを有するように複数の伝熱管７１Ａを固定板７２で固定することができる。
この点、加熱器４７Ａでは、複数の伝熱管７１Ａを固定するにあたり、固定板７２が折り返し部Ｇ３の頂部を固定している。このため加熱器４７Ａは、例えば各伝熱管７１Ａのうち、折り返し部Ｇ３を形成する部分を全体的に固定しようとする場合と比較して、各伝熱管７１Ａに発生する熱変形の自由度をより確保でき、この結果、各伝熱管７１Ａに発生する熱変形を好適に許容できる。
【００４０】
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が排気管１００との位置決めを兼ねている。このため加熱器４７Ａでは、排気管１００内において、各伝熱管７１Ａが振動や熱変形により移動することも規制でき、これにより、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生し易くなることも防止できる。
また加熱器４７Ａは、複数の伝熱管７１Ａを固定するとともに、位置決めとして機能する固定板７２を備えることで、各伝熱管７１Ａに対して接触による騒音や摩耗の発生を招かないようにフィンを設けることも容易となり、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることもできる。
【実施例２】
【００４１】
本実施例にかかる加熱器４７Ｂは、多管式熱交換器として図５に示す伝熱管７１Ｂを複数備える。伝熱管７１Ｂは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＭ字状の形状を有している。伝熱管７１Ｂの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２がそれぞれ設けられている。
そして、複数の伝熱管７１Ｂは伝熱管群７０Ｂを構成する。なお、図５では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂとして２つの伝熱管７１Ｂを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ｂを示している。複数の伝熱管７１Ｂは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管７１Ａが伝熱管群７０Ａを構成するのと同様にして伝熱管群７０Ｂを構成する。
【００４２】
伝熱管群７０Ｂは、２つの立ち上がり部Ｇ１と、２つの立ち下がり部Ｇ２と、３つの折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。この点、伝熱管群７０Ｂは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ａに対して、構造上、新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けるようにした伝熱管群となっている。なお、複数の折り返し部Ｇ３の数は具体的には奇数となる。
【００４３】
２つの立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１と、他端側に位置する立ち上がり部Ｇ１２とによって構成されている。これら２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。
２つの立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち下がり部Ｇ２１と、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２とによって構成されている。これら２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。
【００４４】
３つの折り返し部Ｇ３は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ２つの折り返し部Ｇ３１と、立ち下がり部Ｇ２に対して立ち上がり部Ｇ１を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ１つの折り返し部Ｇ３２とによって構成されている。２つの折り返し部Ｇ３１は伝熱管群７０Ｂにおいて両端に位置しており、折り返し部Ｇ３２は伝熱管群７０Ｂにおいて中央に位置している。
【００４５】
これら３つの折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを気筒延伸方向Ｙにおいて同じ高さで結ぶようになっている。またこれら３つの折り返し部Ｇ３は、折り返しによって伝熱管群７０Ｂに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Ｚ中央の位置に頂部が形成されるようになっている。
またこれら３つの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、一対の折り曲げ端部Ｅは、伝熱管群７０Ａの場合と同様に設けられており、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図５（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。
【００４６】
一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
【００４７】
折り返し部Ｇ３には固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図５（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。具体的には固定板７２は３つの折り返し部Ｇ３それぞれに対して設けられ、これら折り返し部Ｇ３それぞれにおいて複数の伝熱管７１Ｂを固定する。各固定板７２は折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、折り返し部Ｇ３の頂部を固定することで、複数の伝熱管７１Ｂを固定する。さらに各固定板７２は複数の伝熱管群７０Ｂそれぞれについて共通のものとなっており、複数の伝熱管群７０Ｂの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ｂを固定する。
【００４８】
かかる伝熱管群７０Ｂは、具体的には図６に示すように加熱器４７Ｂを構成する。なお、図示の都合上、図６（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２の具体的な形状は実施例１の場合と異なっていてよく、また各固定板７２の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン１０Ｂは、加熱器４７Ａの代わりに加熱器４７Ｂを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。
加熱器４７Ｂでは、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、加熱器４７Ａの場合と同様に設けられている。また加熱器４７Ｂでは、加熱器４７Ａの場合と同様にして同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２のセットそれぞれに対して伝熱管７１Ｂが設けられ、これにより方向Ｚに沿って複数の伝熱管群７０Ｂが構成されている。
一方、各固定板７２は各伝熱管群７０Ｂの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ｂを固定している。また各固定板７２は排気管１００との位置決めを兼ねている。この点、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２では、気筒配列方向Ｘの中央、且つ方向Ｚの両端に位置する部分が、排気管１００との位置決めを兼ねている。
【００４９】
さらに加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２に整流板７３が設けられている。整流板７３は具体的には気筒配列方向Ｘに直交する面を有し、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２のうち、表面側の部分から気筒延伸方向Ｙに沿って延伸するように設けられている。整流板７３は立ち上がり部Ｇ１、立ち下がり部Ｇ２および折り返し部Ｇ３からなるコア部Ｃを流通する排気ガスの流量よりも、スターリングエンジン１０Ｂのうち、加熱器４７Ｂを除く部分であるスターリングエンジン１０Ｂ本体とコア部Ｃとの間に形成される空間Ｔを流通する排気ガスの流量が小さくなるように排気管１００を流通する排気ガスを整流する整流部材となっている。この点、整流板７３には、例えば空間Ｔを流通する排気ガスをせき止めることが可能な板状の部材を適用できる。また整流板７３には、例えば空間Ｔを流通する排気ガスの圧力損失を高めることで、空間Ｔを流通する排気ガスの流量を小さくすることが可能なメッシュや穴が設けられた板状の部材などを適用できる。
【００５０】
次に加熱器４７Ｂの作用効果について説明する。加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、加熱器４７Ａに対して新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けることができる。すなわち、加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂそれぞれの全長を、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれの全長よりも長くすることができ、これにより加熱器４７Ａと比較してより大きな伝熱面積を確保できる。
また加熱器４７Ｂでは、概ねＭ字状の形状を有する複数の伝熱管７１Ｂで伝熱管群７０Ｂを構成することで、複数の伝熱管７１Ｂの配列方向である気筒配列方向Ｘにおいて、折り返し部Ｇ３２が隣り合う折り返し部Ｇ３１同士の間に位置するように折り返し部Ｇ３それぞれを設け、これによりコンパクトな形態を確保している。このため加熱器４７Ｂは、加熱器４７Ａと比較してコンパクトな形態を確保しつつ、更なる熱交換性能の向上を図ることができる点で、さらに好適に高い熱交換性能を実現できる。
【００５１】
一方、加熱器４７Ｂでも、複数の伝熱管７１Ｂを高密度に備えた結果、振動により複数の伝熱管７１Ｂ同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ｂを固定する固定板７２を備えるとともに、固定板７２が位置決めを兼ねることで、加熱器４７Ａと同様の作用効果を奏することができる。
さらに加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２に、整流板７３を設けている。このため加熱器４７Ｂは、コア部Ｃを流通する排気ガスの流量を高めることで、熱交換性能をさらに向上させることもできる。
【実施例３】
【００５２】
本実施例にかかる加熱器４７Ｃは、多管式熱交換器として図７に示す伝熱管７１Ｃを複数備える。伝熱管７１Ｃは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＭ字状の形状を有している。伝熱管７１Ｃの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２がそれぞれ設けられている。
複数の伝熱管７１Ｃは伝熱管群７０Ｃを構成する。なお、図７では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃとして２つの伝熱管７１Ｃを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ｃを示している。複数の伝熱管７１Ｃは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管７１Ａが伝熱管群７０Ａを構成するのと同様にして伝熱管群７０Ｃを構成する。
【００５３】
伝熱管群７０Ｃは一端部Ｇ４と他端部Ｇ５とが異なるように形成される点以外、伝熱管群７０Ｂと実質的に同一のものとなっている。
すなわち伝熱管群７０Ｃでは、一端部Ｇ４が、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側、且つ外側に向かって気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
また伝熱管群７０Ｃでは、他端部Ｇ５が、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側、且つ外側に向かって気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
折り返し部Ｇ３には伝熱管群７０Ｂの場合と同様に固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図７（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。
【００５４】
かかる伝熱管群７０Ｃは、具体的には図８に示すように加熱器４７Ｃを構成する。なお、図示の都合上、図８（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２の具体的な形状は実施例１や２の場合と異なっていてよく、また各固定板７２の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン１０Ｃは、スターリングエンジン１０Ａの一対の気筒２０、３０をクランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）に沿って複数（ここでは２つ）並べるようにして４気筒に多気筒化されたものとなっている点と、加熱器４７Ａの代わりに一対の気筒２０、３０それぞれに対応させて設けられた複数（ここでは２つ）の加熱器４７Ｃを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００５５】
加熱器４７Ｃでは、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、一対の気筒２０、３０それぞれに対応させるようにして加熱器４７Ａの場合と同様に設けられている。この点、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、加熱器４７Ｃそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器４７Ｃ間でもクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。加熱器４７Ｃでは、加熱器４７Ａの場合と同様にして同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２のセットそれぞれに対して伝熱管７１Ｃが設けられ、これにより方向Ｚに沿って複数の伝熱管群７０Ｃが構成されている。
【００５６】
各加熱器４７Ｃでは、図８（ｃ）に示すように伝熱管群７０Ｃが上面視で対応する一対の気筒２０、３０のボアそれぞれから張り出すように設けられている。この点、高温側気筒２０側では主に立ち上がり部Ｇ１１が、低温側気筒３０側では主に立ち下がり部Ｇ２２がそれぞれボアから張り出している。そして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ伝熱管群７０Ｃの構造上、立ち上がり部Ｇ１１と立ち下がり部Ｇ２２とは同一の伝熱管群７０Ｃにおいて、方向Ｚに沿って互いに逆向きにオフセットしている。
各固定板７２は各伝熱管群７０Ｃの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、加熱器４７Ｂの場合と同様に複数の伝熱管７１Ｃを固定するとともに、排気管１００との位置決めを兼ねている。また折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２には、加熱器４７Ｂの場合と同様に整流板７３が設けられている。
【００５７】
次に加熱器４７Ｃの作用効果について説明する。加熱器４７Ｃは加熱器４７Ｂと同様に固定板７２および整流板７３を備えている。このため、加熱器４７Ｃは加熱器４７Ｂと同様の作用効果を奏することができる。
また加熱器４７Ｃでは、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けることで、加熱器４７Ｂと比較して全長をさらに長くすることや、一対の気筒２０、３０のボアピッチを短縮することができ、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることや、スターリングエンジン１０Ｃのコンパクト化を図ることができる。
【００５８】
一方、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けた加熱器４７Ｃを多気筒化したスターリングエンジン１０Ｃに設けるにあたっては、各加熱器４７Ｃ間で伝熱管群７０Ｃ同士の干渉が生じないようにする必要がある。
この点、一対の気筒２０、３０をクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って複数並べるようにして多気筒化されたスターリングエンジン１０Ｃにおいては、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、各加熱器４７Ｃそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器４７Ｃ間でもクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。このためスターリングエンジン１０Ｃでは、各加熱器４７Ｃ間において、伝熱管群７０Ｃ同士の対向する部分それぞれが方向Ｚに沿って互いに逆向きにオフセットすることになり、これにより各加熱器４７Ｃ間で気筒配列方向Ｘにおける位置の重なり合いを有しつつ、干渉を回避することができる。
このため加熱器４７Ｃは、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けた場合であっても、多気筒化されたスターリングエンジン１０Ｃにおいて互いに近接して設けることができ、これによりスターリングエンジン１０Ｃのコンパクト化に寄与することもできる。
【００５９】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例２，３では、複数の接続部である折り返し部Ｇ３１、Ｇ３２のいずれにも固定板７２を設けた場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の接続部のうち、少なくともいずれか一方に固定部材を設けることでも、接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管がＳＵＳチューブである場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の配管は例えば断面が楕円状となる配管やその他の形状になる配管であってもよい。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管群が立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３を備える場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、配管群は折り返し部の代わりに、例えば立ち上がり部と立ち下がり部とを裏返すようにして滑らかに結ぶ接続部を備えてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ スターリングエンジン
２０ 高温側気筒
２１ 膨張ピストン
２２ 高温側シリンダ
３０ 低温側気筒
３１ 圧縮ピストン
３２ 低温側シリンダ
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ 加熱器
５０ グラスホッパの機構
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 伝熱管群
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ 伝熱管
７２ 固定板
７３ 整流板
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングエンジンの熱交換器に関し、特に２気筒α型のスターリングエンジンが備える２つの気筒間で該スターリングエンジンの動作流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備えたスターリングエンジンの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンは高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。スターリングエンジンの熱交換器に関し、複数の配管を備えた熱交換器に関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。またこのほか、熱交換性能に関する技術として本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０８３５８号公報
【特許文献２】特開２００９−７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンにおいて、多管式熱交換器（shell and tube exchanger, tubular exchanger）を用いて２つの気筒間で作動流体を流通させるにあたっては、例えば熱交換器の形状を概ねＵ字形の形状とすることが考えられる。この点、かかる形状は２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンの構成に照らしても構造上、合理的であると考えられる。しかしながら、概ねＵ字形の形状を有する熱交換器の場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも配管長が短くなり、流通抵抗が小さくなる。このためこの場合には、内側に位置する配管のほうが外側に位置する配管よりも作動流体の流量が大きくなる。またこの場合には、内側に位置する配管を流通する作動流体のほうが、外側に位置する配管を流通する作動流体よりも熱交換時間が短くなる。すなわちこの場合には、このようにして内側に位置する配管を流通する作動流体の作用が相対的に大きくなることで、スターリングエンジンの熱効率が低下するという問題がある。
【０００５】
これに対して、例えば特許文献１が開示する技術は、かかる問題を解決できると考えられる。しかしながら、特許文献１の開示技術では、例えば当該特許文献１の実施例１で具体的に開示されている構造など、適用する構造次第では、管同士の干渉が問題となることから熱交換器により多くの管を設けることが困難となり、この結果、より高い熱交換性能を得ることが困難になる場合があると考えられる。このため、２つの気筒が直列平行に配置された２気筒α型のスターリングエンジンについては、上述した熱効率の低下を招くことなく、複数の配管からなる配管群を高密度に備えることが可能な熱交換器が望まれる。また、この場合には例えばスターリングエンジンを車両に搭載した場合に、配管同士が振動により接触する結果、騒音や摩耗の発生が懸念されることから、かかる騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できることが望まれる。
【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることが可能な、また配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制可能なスターリングエンジンの熱交換器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】
上記課題を解決するための本発明は２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器である。
【０００８】
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定する構成であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は前記配管群が、前記接続部を複数備え、前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けた構成であることが好ましい。
【００１０】
また本発明は前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねる構成であることが好ましい。
【００１１】
また本発明は前記複数の配管がクランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記２つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、前記２つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして４気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられる構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の配管からなる高密度な配管群を備えることを可能にし、以って熱交換性能を高めることができる。また本発明によれば、配管同士の接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１にかかる加熱器を備えたスターリングエンジンを示す図である。
【図２】実施例１にかかるスターリングエンジンのピストン・クランク部の概略構成図である。
【図３】実施例１にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図４】実施例１にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図５】実施例２にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図６】実施例２にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図７】実施例３にかかる伝熱管および伝熱管群を示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【図８】実施例３にかかる加熱器を具体的に示す図である。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図となっている。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本実施例にかかるスターリングエンジンの熱交換器である加熱器４７Ａを備えたスターリングエンジン１０Ａを模式的に示す図である。スターリングエンジン１０Ａは、２気筒α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０Ａは、クランク軸線ＣＬの延伸方向と気筒配列方向Ｘとが互いに平行になるように直列平行に配置された２つの気筒である高温側気筒２０および低温側気筒３０を有している。高温側気筒２０は膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。圧縮ピストン３１は、膨張ピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差が設けられている。
【００１６】
高温側シリンダ２２の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７Ａで加熱された作動流体が流入する。加熱器４７Ａは本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン１０Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１に対して、クランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）が平行になるように配置されている。加熱器４７Ａにおいて、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
低温側シリンダ３２の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。
再生器４６は、膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には、作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。
作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ２、Ｎ２等の気体を適用することができる。
【００１７】
次にスターリングエンジン１０Ａの動作について説明する。加熱器４７Ａで作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン２１が圧下され、これにより駆動軸（クランクシャフト）１１３の回動が行われる。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７Ａを通過して再生器４６に移送され、そこで熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇行程に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７Ａへ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン１０Ａが動作する。
【００１８】
ところで、本実施例ではスターリングエンジン１０Ａの熱源が車両の内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０Ａを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン１０Ａの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間で気体潤滑を行っている。
【００１９】
気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０Ａの内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。
【００２０】
気体潤滑が行われるシリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン１０Ａの作動流体が介在している。ピストン２１、３１それぞれは、気体潤滑によりシリンダ２２、３２と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン２１、３１の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
【００２１】
さらにピストン２１、３１とシリンダ２２、３２とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン２１、３１およびシリンダ２２、３２同士で線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
【００２２】
ところで気体潤滑の場合、負荷能力が小さいことから、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。すなわち、気体潤滑を行う場合にはシリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低くなるため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。
【００２３】
このため、本実施例ではピストン・クランク部にグラスホッパの機構５０を採用している。直線運動を実現する機構にはグラスホッパの機構５０のほか例えばワットの機構があるが、グラスホッパの機構５０は他の機構に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に本実施例のスターリングエンジン１０Ａは、自動車の床下といった限られたスペースに設置されることになるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。またグラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらにグラスホッパの機構５０は機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易いという利点も有する。
【００２４】
図２はスターリングエンジン１０Ａのピストン・クランク部の概略構成を模式的に示す図である。なお、ピストン・クランク部には高温側気筒２０側と低温側気筒３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、高温側気筒２０側についてのみ説明し、低温側気筒３０側についての説明は省略する。近似直線機構は、グラスホッパの機構５０と、コネクティングロッド１１０と、エクステンションロッド１１１と、ピストンピン１１２とを備えている。膨張ピストン２１は、コネクティングロッド１１０、エクステンションロッド１１１およびピストンピン１１２を介して駆動軸１１３に接続されている。具体的には、膨張ピストン２１はピストンピン１１２を介してエクステンションロッド１１１の一端側に接続されている。そして、エクステンションロッド１１１の他端側にはコネクティングロッド１１０の小端部１１０ａが接続されている。そして、コネクティングロッド１１０の大端部１１０ｂが駆動軸１１３に接続されている。
【００２５】
膨張ピストン２１の往復運動は、コネクティングロッド１１０によって駆動軸１１３に伝達され、ここで回転運動に変換される。コネクティングロッド１１０はグラスホッパの機構５０によって支持されており、膨張ピストン２１を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１１０をグラスホッパの機構５０によって支持することにより、膨張ピストン２１のサイドフォースＦがほとんどゼロになる。このため、負荷能力の小さい気体潤滑を行う場合でも十分に膨張ピストン２１を支持することができる。
【００２６】
次に、加熱器４７Ａについて図３を用いてさらに具体的に説明する。ここで、加熱器４７Ａは多管式熱交換器となっており、作動流体を流通させる複数の配管に相当する複数の伝熱管７１Ａを備える。伝熱管７１Ａは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＶ字状の形状を有している。伝熱管７１Ａの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２が設けられている。伝熱管７１Ａには具体的にはＳＵＳチューブが用いられている。
【００２７】
そして、複数の伝熱管７１Ａは伝熱管群７０Ａを構成する。なお、図３では説明の便宜上、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａとして５本の伝熱管７１Ａを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ａを示している。伝熱管群７０Ａは具体的には１列状の集合をなすように配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。さらに具体的には伝熱管群７０Ａは、互いに直列平行に、且つ等間隔で配置される複数の伝熱管７１Ａで構成される。この点、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａは、具体的には気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列に配置されるようになっている。したがって、複数の伝熱管７１Ａそれぞれは、図３（ａ）に示すように気筒配列方向Ｘを水平方向に合わせて気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに直交する方向Ｚに沿って見た場合に、左右対称な形状になっている。伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれは互いに等長で、且つ同形状となっている。伝熱管群７０Ａは、立ち上がり部Ｇ１と、立ち下がり部Ｇ２と、折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。
【００２８】
立ち上がり部Ｇ１は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸した中間の部分となっている。立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて一端から離れるように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて他端に近づくように延伸することで、立ち上がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。このように構成された立ち上がり部Ｇ１は、第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。第１の平面Ｓ１は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な平面となっている。
【００２９】
立ち下がり部Ｇ２は、伝熱管群７０Ａが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち下がるように延伸した中間の部分となっている。立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管７１Ａのうち、気筒延伸方向Ｙにおいて他端に近づくように延伸していると見た場合に、気筒配列方向Ｘにおいて一端から離れるように延伸することで、立ち下がるように延伸した中間の部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。立ち下がり部Ｇ２は第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。第２の平面Ｓ２は気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な、すなわち第１の平面Ｓ１と平行な平面となっている。
【００３０】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ部分となっている。この点、折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ接続部に相当している。折り返し部Ｇ３は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分と、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分とを結ぶ部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。この点、折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを気筒延伸方向Ｙにおいて同じ高さで結ぶようになっている。また折り返し部Ｇ３は、折り返しによって伝熱管群７０Ａに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Ｚ中央の位置に頂部が形成されるようになっている。
【００３１】
折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２が連なる一対の折り曲げ端部Ｅを備えている。一対の折り曲げ端部Ｅは互いにオフセットしており、具体的には方向Ｚをオフセット方向として互いに均等にオフセットしている。また一対の折り曲げ端部Ｅのオフセット間隔は、オフセット方向において立ち上がり部Ｇ１および立ち下がり部Ｇ２の間に隙間を形成可能な間隔Ｗに設定されている。このため、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２も間隔Ｗのオフセット間隔を有し、第１の平面Ｓ１に沿って配置された立ち上がり部Ｇ１と、第１の平面Ｓ１と平行な第２の平面Ｓ２に沿って配置された立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図３（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。
【００３２】
一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっている。一端部Ｇ４は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち上がり部Ｇ１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっている。他端部Ｇ５は具体的には、伝熱管７１Ａのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、立ち下がり部Ｇ２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
一端部Ｇ４と他端部Ｇ５とは、高温側気筒２０および再生器４６の上部それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置が異なる場合に、伝熱管群７０Ａの一端および他端それぞれの気筒延伸方向Ｙに沿った位置を調整可能な部分となっている。
【００３３】
伝熱管群７０Ａにおいて、一端部Ｇ４に設けられた第１の作動流体出入口Ｐ１それぞれは同一直線上に配置される。また他端部Ｇ５に設けられた第２の作動流体出入口Ｐ２それぞれは同一直線上に配置される。さらに、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２それぞれは、気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに平行な（すなわち第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２に平行な）第３の平面Ｓ３に含まれている。この点、第３の平面Ｓ３は第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の間、中央に位置している。したがって、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２は、第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２を含む第３の平面Ｓ３を挟んで互いに平行な平面となっている。
【００３４】
折り返し部Ｇ３には固定部材である固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図３（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。固定板７２は折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する。具体的には固定板７２は折り返し部Ｇ３において表面側に設けられており、折り返し部Ｇ３の頂部を固定することで、複数の伝熱管７１Ａを固定する。さらに固定板７２は、複数の伝熱管群７０Ａの間で共通のものとなっており、複数の伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定する。各伝熱管７１Ａは例えば溶接によって固定板７２に固定することができる。
【００３５】
かかる伝熱管群７０Ａは、具体的には図４に示すように加熱器４７Ａを構成する。なお、図示の都合上、図４（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２は例えば上面視で長方形状の形状になるように、或いはさらに必要な部分のみを残した形状になるように形成することができる。加熱器４７Ａには、図４（ｃ）に示すように第１の作動流体出入口Ｐ１を接続するための第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれが高温側気筒２０側に設けられている。第１の伝熱管接続口Ｂ１それぞれは、気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられており、また方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。したがって、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第１の伝熱管接続口Ｂ１同士は、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。
また加熱器４７Ａには、図４（ｃ）に示すように第２の作動流体出入口Ｐ２を接続するための第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれが低温側気筒３０側に設けられている。第２の伝熱管接続口Ｂ２それぞれは気筒配列方向Ｘに沿って等間隔に設けられるとともに、方向Ｚに沿って等間隔に設けられている。このため、気筒配列方向Ｘに沿って隣り合う第２の伝熱管接続口Ｂ２同士も、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられている。
【００３６】
第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の数は互いに等しくなっている。また第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の気筒配列方向Ｘに沿った間隔とは互いに等しくなっており、第１の伝熱管接続口Ｂ１同士の方向Ｚに沿った間隔と、第２の伝熱管接続口Ｂ２同士の方向Ｚに沿った間隔も互いに等しくなっている。さらに第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った位置が同じである場合に、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第１の伝熱管接続口Ｂ１の数と、気筒配列方向Ｘに沿って設けられた第２の伝熱管接続口Ｂ２の数とが互いに等しくなるように設けられている。したがって、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に同じ数だけ等間隔に設けられている。また、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２の間隔と、伝熱管７１Ａの第１および第２の作動流体出入口Ｐ１、Ｐ２の間隔とは互いに等しくなっている。
【００３７】
そして加熱器４７Ａでは、同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２のセットそれぞれに対して、伝熱管７１Ａが設けられている。この点、方向Ｚに沿った各位置において、気筒配列方向Ｘに沿って同一直線上に設けられた第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２に対し、伝熱管７１Ａは気筒配列方向Ｘに沿って互いに直列平行に、且つ等間隔で配置され、複数の伝熱管群７０Ａを構成している。
一方、固定板７２は各伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定している。また固定板７２は排気ガスを流通させる通路部材である排気管１００との位置決めを兼ねている。この点、固定板７２を位置決めとして機能させるにあたっては、例えば固定板７２、或いはその一部として設けられた凹凸部などが正規の位置において、固定板７２の移動を防止可能なように係合する係合部を排気管１００に設けることができる。また固定板７２は例えば正規の位置で排気管１００に固定されることで、位置決めとして機能してもよい。
【００３８】
次に加熱器４７Ａの作用効果について説明する。加熱器４７Ａでは、伝熱管群７０Ａが、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、これらを結ぶ折り返し部Ｇ３を備えている。そしてかかる構造によれば、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａを１列状の集合をなすように密に並べて配置することが可能になる。このため加熱器４７Ａは、これにより伝熱管群７０Ａの高密度化を図ることができ、以って高い熱交換性能を実現することができる。
一方、複数の伝熱管７１Ａを高密度に備えた場合には、振動によって複数の伝熱管７１Ａ同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器４７Ａは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定する固定板７２を備えている。このため加熱器４７Ａは、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することを防止或いは抑制できる。
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が各伝熱管群７０Ａの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ａを固定している。このため加熱器４７Ａは、振動によって隣り合う伝熱管群７０Ａの伝熱管７１Ａ同士が接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
【００３９】
また加熱器４７Ａは、固定板７２が折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定することで、立ち上がり部Ｇ１や立ち下がり部Ｇ２において、気筒配列方向Ｘに沿った各伝熱管７１Ａの熱変形を許容しつつ、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ａを固定することで、立ち上がり部Ｇ１や立ち上がり部Ｇ２において方向Ｚに沿って発生する各伝熱管７１Ａの熱変形の方向を揃えることができ、これにより方向Ｚに沿った各伝熱管７１Ａの熱変形を許容しつつ、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生することも防止或いは抑制できる。この点、各伝熱管７１Ａの熱変形の方向を揃えるにあたっては、例えば各伝熱管７１Ａの立ち上がり部Ｇ１それぞれの間、および各伝熱管７１Ａの立ち下がり部Ｇ２それぞれの間で、機関冷間時に方向Ｚに沿って同一方向のたわみを有するように複数の伝熱管７１Ａを固定板７２で固定することができる。
この点、加熱器４７Ａでは、複数の伝熱管７１Ａを固定するにあたり、固定板７２が折り返し部Ｇ３の頂部を固定している。このため加熱器４７Ａは、例えば各伝熱管７１Ａのうち、折り返し部Ｇ３を形成する部分を全体的に固定しようとする場合と比較して、各伝熱管７１Ａに発生する熱変形の自由度をより確保でき、この結果、各伝熱管７１Ａに発生する熱変形を好適に許容できる。
【００４０】
また加熱器４７Ａでは、固定板７２が排気管１００との位置決めを兼ねている。このため加熱器４７Ａでは、排気管１００内において、各伝熱管７１Ａが振動や熱変形により移動することも規制でき、これにより、伝熱管７１Ａ同士の接触による騒音や摩耗が発生し易くなることも防止できる。
また加熱器４７Ａは、複数の伝熱管７１Ａを固定するとともに、位置決めとして機能する固定板７２を備えることで、各伝熱管７１Ａに対して接触による騒音や摩耗の発生を招かないようにフィンを設けることも容易となり、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることもできる。
【実施例２】
【００４１】
本実施例にかかる加熱器４７Ｂは、多管式熱交換器として図５に示す伝熱管７１Ｂを複数備える。伝熱管７１Ｂは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＭ字状の形状を有している。伝熱管７１Ｂの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２がそれぞれ設けられている。
そして、複数の伝熱管７１Ｂは伝熱管群７０Ｂを構成する。なお、図５では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂとして２つの伝熱管７１Ｂを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ｂを示している。複数の伝熱管７１Ｂは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管７１Ａが伝熱管群７０Ａを構成するのと同様にして伝熱管群７０Ｂを構成する。
【００４２】
伝熱管群７０Ｂは、２つの立ち上がり部Ｇ１と、２つの立ち下がり部Ｇ２と、３つの折り返し部Ｇ３と、一端部Ｇ４と、他端部Ｇ５とを備えている。この点、伝熱管群７０Ｂは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ａに対して、構造上、新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けるようにした伝熱管群となっている。なお、複数の折り返し部Ｇ３の数は具体的には奇数となる。
【００４３】
２つの立ち上がり部Ｇ１は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１と、他端側に位置する立ち上がり部Ｇ１２とによって構成されている。これら２つの立ち上がり部Ｇ１それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第１の平面Ｓ１に沿って配置されている。
２つの立ち下がり部Ｇ２は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、一端側に位置する立ち下がり部Ｇ２１と、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２とによって構成されている。これら２つの立ち下がり部Ｇ２それぞれは互いに平行に延伸しており、且つ第２の平面Ｓ２に沿って配置されている。
【００４４】
３つの折り返し部Ｇ３は、具体的には伝熱管群７０Ｂが一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がり部Ｇ１に対して立ち下がり部Ｇ２を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ２つの折り返し部Ｇ３１と、立ち下がり部Ｇ２に対して立ち上がり部Ｇ１を折り返すようにして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを結ぶ１つの折り返し部Ｇ３２とによって構成されている。２つの折り返し部Ｇ３１は伝熱管群７０Ｂにおいて両端に位置しており、折り返し部Ｇ３２は伝熱管群７０Ｂにおいて中央に位置している。
【００４５】
これら３つの折り返し部Ｇ３は、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを気筒延伸方向Ｙにおいて同じ高さで結ぶようになっている。またこれら３つの折り返し部Ｇ３は、折り返しによって伝熱管群７０Ｂに形成される凸状の形状と同方向に凸になるとともに、方向Ｚ中央の位置に頂部が形成されるようになっている。
またこれら３つの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、一対の折り曲げ端部Ｅは、伝熱管群７０Ａの場合と同様に設けられており、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とは間隔Ｗのオフセット間隔を有することで、図５（ｂ）に示すように気筒配列方向Ｘに沿って見た場合にオフセット方向において間に隙間が形成されるように設けられている。
【００４６】
一端部Ｇ４は高温側気筒２０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
他端部Ｇ５は低温側気筒３０側に設けられる端部となっており、具体的には伝熱管７１Ｂのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側へ向かって、気筒配列方向Ｘに直交しつつ気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
【００４７】
折り返し部Ｇ３には固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図５（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。具体的には固定板７２は３つの折り返し部Ｇ３それぞれに対して設けられ、これら折り返し部Ｇ３それぞれにおいて複数の伝熱管７１Ｂを固定する。各固定板７２は折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、折り返し部Ｇ３の頂部を固定することで、複数の伝熱管７１Ｂを固定する。さらに各固定板７２は複数の伝熱管群７０Ｂそれぞれについて共通のものとなっており、複数の伝熱管群７０Ｂの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ｂを固定する。
【００４８】
かかる伝熱管群７０Ｂは、具体的には図６に示すように加熱器４７Ｂを構成する。なお、図示の都合上、図６（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２の具体的な形状は実施例１の場合と異なっていてよく、また各固定板７２の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン１０Ｂは、加熱器４７Ａの代わりに加熱器４７Ｂを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。
加熱器４７Ｂでは、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、加熱器４７Ａの場合と同様に設けられている。また加熱器４７Ｂでは、加熱器４７Ａの場合と同様にして同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２のセットそれぞれに対して伝熱管７１Ｂが設けられ、これにより方向Ｚに沿って複数の伝熱管群７０Ｂが構成されている。
一方、各固定板７２は各伝熱管群７０Ｂの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、複数の伝熱管７１Ｂを固定している。また各固定板７２は排気管１００との位置決めを兼ねている。この点、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２では、気筒配列方向Ｘの中央、且つ方向Ｚの両端に位置する部分が、排気管１００との位置決めを兼ねている。
【００４９】
さらに加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２に整流板７３が設けられている。整流板７３は具体的には気筒配列方向Ｘに直交する面を有し、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２のうち、表面側の部分から気筒延伸方向Ｙに沿って延伸するように設けられている。整流板７３は立ち上がり部Ｇ１、立ち下がり部Ｇ２および折り返し部Ｇ３からなるコア部Ｃを流通する排気ガスの流量よりも、スターリングエンジン１０Ｂのうち、加熱器４７Ｂを除く部分であるスターリングエンジン１０Ｂ本体とコア部Ｃとの間に形成される空間Ｔを流通する排気ガスの流量が小さくなるように排気管１００を流通する排気ガスを整流する整流部材となっている。この点、整流板７３には、例えば空間Ｔを流通する排気ガスをせき止めることが可能な板状の部材を適用できる。また整流板７３には、例えば空間Ｔを流通する排気ガスの圧力損失を高めることで、空間Ｔを流通する排気ガスの流量を小さくすることが可能なメッシュや穴が設けられた板状の部材などを適用できる。
【００５０】
次に加熱器４７Ｂの作用効果について説明する。加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、加熱器４７Ａに対して新たな立ち上がり部Ｇ１および新たな立ち下がり部Ｇ２をさらに設けることができる。すなわち、加熱器４７Ｂでは、複数の折り返し部Ｇ３を設けることで、伝熱管群７０Ｂを構成する複数の伝熱管７１Ｂそれぞれの全長を、伝熱管群７０Ａを構成する複数の伝熱管７１Ａそれぞれの全長よりも長くすることができ、これにより加熱器４７Ａと比較してより大きな伝熱面積を確保できる。
また加熱器４７Ｂでは、概ねＭ字状の形状を有する複数の伝熱管７１Ｂで伝熱管群７０Ｂを構成することで、複数の伝熱管７１Ｂの配列方向である気筒配列方向Ｘにおいて、折り返し部Ｇ３２が隣り合う折り返し部Ｇ３１同士の間に位置するように折り返し部Ｇ３それぞれを設け、これによりコンパクトな形態を確保している。このため加熱器４７Ｂは、加熱器４７Ａと比較してコンパクトな形態を確保しつつ、更なる熱交換性能の向上を図ることができる点で、さらに好適に高い熱交換性能を実現できる。
【００５１】
一方、加熱器４７Ｂでも、複数の伝熱管７１Ｂを高密度に備えた結果、振動により複数の伝熱管７１Ｂ同士が互いに接触し、この結果、騒音や摩耗が発生することが懸念される。これに対して加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３において複数の伝熱管７１Ｂを固定する固定板７２を備えるとともに、固定板７２が位置決めを兼ねることで、加熱器４７Ａと同様の作用効果を奏することができる。
さらに加熱器４７Ｂでは、折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２に、整流板７３を設けている。このため加熱器４７Ｂは、コア部Ｃを流通する排気ガスの流量を高めることで、熱交換性能をさらに向上させることもできる。
【実施例３】
【００５２】
本実施例にかかる加熱器４７Ｃは、多管式熱交換器として図７に示す伝熱管７１Ｃを複数備える。伝熱管７１Ｃは、その中心軸に対して軸対称となる形状を有しており、具体的には概ねＭ字状の形状を有している。伝熱管７１Ｃの一端には第１の作動流体出入口Ｐ１が、他端には第２の作動流体出入口Ｐ２がそれぞれ設けられている。
複数の伝熱管７１Ｃは伝熱管群７０Ｃを構成する。なお、図７では説明の便宜上、伝熱管群７０Ｃを構成する複数の伝熱管７１Ｃとして２つの伝熱管７１Ｃを示すとともに、２つの伝熱管群７０Ｃを示している。複数の伝熱管７１Ｃは互いに等長で、且つ同形状となっており、複数の伝熱管７１Ａが伝熱管群７０Ａを構成するのと同様にして伝熱管群７０Ｃを構成する。
【００５３】
伝熱管群７０Ｃは一端部Ｇ４と他端部Ｇ５とが異なるように形成される点以外、伝熱管群７０Ｂと実質的に同一のものとなっている。
すなわち伝熱管群７０Ｃでは、一端部Ｇ４が、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する一端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第１の平面Ｓ１側、且つ外側に向かって気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、一端側に位置する立ち上がり部Ｇ１１を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
また伝熱管群７０Ｃでは、他端部Ｇ５が、伝熱管７１Ｃのうち、第１および第２の平面Ｓ１、Ｓ２の中間に位置する他端から気筒延伸方向Ｙに沿って立ち上がるようにして延伸した部位と、当該部位から第２の平面Ｓ２側、且つ外側に向かって気筒配列方向Ｘおよび気筒延伸方向Ｙに対して斜めに立ち上がるようにして延伸し、他端側に位置する立ち下がり部Ｇ２２を形成する部分に接続される部位とからなる部分が、気筒配列方向Ｘに沿って互いに１列状の集合をなすように配置されることで形成されている。
折り返し部Ｇ３には伝熱管群７０Ｂの場合と同様に固定板７２が設けられる。なお、図示の都合上、図７（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。
【００５４】
かかる伝熱管群７０Ｃは、具体的には図８に示すように加熱器４７Ｃを構成する。なお、図示の都合上、図８（ｃ）においては固定板７２を図示省略している。この点、固定板７２の具体的な形状は実施例１や２の場合と異なっていてよく、また各固定板７２の具体的な形状も互いに異なっていてよい。またスターリングエンジン１０Ｃは、スターリングエンジン１０Ａの一対の気筒２０、３０をクランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）に沿って複数（ここでは２つ）並べるようにして４気筒に多気筒化されたものとなっている点と、加熱器４７Ａの代わりに一対の気筒２０、３０それぞれに対応させて設けられた複数（ここでは２つ）の加熱器４７Ｃを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００５５】
加熱器４７Ｃでは、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、一対の気筒２０、３０それぞれに対応させるようにして加熱器４７Ａの場合と同様に設けられている。この点、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２は、加熱器４７Ｃそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器４７Ｃ間でもクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。加熱器４７Ｃでは、加熱器４７Ａの場合と同様にして同一の配置で設けられている第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１，Ｂ２のセットそれぞれに対して伝熱管７１Ｃが設けられ、これにより方向Ｚに沿って複数の伝熱管群７０Ｃが構成されている。
【００５６】
各加熱器４７Ｃでは、図８（ｃ）に示すように伝熱管群７０Ｃが上面視で対応する一対の気筒２０、３０のボアそれぞれから張り出すように設けられている。この点、高温側気筒２０側では主に立ち上がり部Ｇ１１が、低温側気筒３０側では主に立ち下がり部Ｇ２２がそれぞれボアから張り出している。そして、立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを裏返すようにして結ぶ伝熱管群７０Ｃの構造上、立ち上がり部Ｇ１１と立ち下がり部Ｇ２２とは同一の伝熱管群７０Ｃにおいて、方向Ｚに沿って互いに逆向きにオフセットしている。
各固定板７２は各伝熱管群７０Ｃの折り返し部Ｇ３それぞれにおいて、加熱器４７Ｂの場合と同様に複数の伝熱管７１Ｃを固定するとともに、排気管１００との位置決めを兼ねている。また折り返し部Ｇ３２に設けられた固定板７２には、加熱器４７Ｂの場合と同様に整流板７３が設けられている。
【００５７】
次に加熱器４７Ｃの作用効果について説明する。加熱器４７Ｃは加熱器４７Ｂと同様に固定板７２および整流板７３を備えている。このため、加熱器４７Ｃは加熱器４７Ｂと同様の作用効果を奏することができる。
また加熱器４７Ｃでは、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けることで、加熱器４７Ｂと比較して全長をさらに長くすることや、一対の気筒２０、３０のボアピッチを短縮することができ、これにより更なる熱交換性能の向上を図ることや、スターリングエンジン１０Ｃのコンパクト化を図ることができる。
【００５８】
一方、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けた加熱器４７Ｃを多気筒化したスターリングエンジン１０Ｃに設けるにあたっては、各加熱器４７Ｃ間で伝熱管群７０Ｃ同士の干渉が生じないようにする必要がある。
この点、一対の気筒２０、３０をクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って複数並べるようにして多気筒化されたスターリングエンジン１０Ｃにおいては、第１および第２の伝熱管接続口Ｂ１、Ｂ２が、各加熱器４７Ｃそれぞれにおいてのみでなく、各加熱器４７Ｃ間でもクランク軸線ＣＬの延伸方向に沿って直線状に並ぶようになっている。このためスターリングエンジン１０Ｃでは、各加熱器４７Ｃ間において、伝熱管群７０Ｃ同士の対向する部分それぞれが方向Ｚに沿って互いに逆向きにオフセットすることになり、これにより各加熱器４７Ｃ間で気筒配列方向Ｘにおける位置の重なり合いを有しつつ、干渉を回避することができる。
このため加熱器４７Ｃは、伝熱管群７０Ｃをボアから張り出すように設けた場合であっても、多気筒化されたスターリングエンジン１０Ｃにおいて互いに近接して設けることができ、これによりスターリングエンジン１０Ｃのコンパクト化に寄与することもできる。
【００５９】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例２，３では、複数の接続部である折り返し部Ｇ３１、Ｇ３２のいずれにも固定板７２を設けた場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の接続部のうち、少なくともいずれか一方に固定部材を設けることでも、接触による騒音や摩耗の発生を防止或いは抑制できる。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管がＳＵＳチューブである場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、複数の配管は例えば断面が楕円状となる配管やその他の形状になる配管であってもよい。
また例えば上述した実施例では、各伝熱管群が立ち上がり部Ｇ１と立ち下がり部Ｇ２とを折り返すようにして結ぶ折り返し部Ｇ３を備える場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、配管群は折り返し部の代わりに、例えば立ち上がり部と立ち下がり部とを裏返すようにして滑らかに結ぶ接続部を備えてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ スターリングエンジン
２０ 高温側気筒
２１ 膨張ピストン
２２ 高温側シリンダ
３０ 低温側気筒
３１ 圧縮ピストン
３２ 低温側シリンダ
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ 加熱器
５０ グラスホッパの機構
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 伝熱管群
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ 伝熱管
７２ 固定板
７３ 整流板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、
前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、
前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定するスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、
前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が、クランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記２つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、
前記２つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして４気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項１】
２気筒α型のスターリングエンジンが備える直列平行に配置された２つの気筒間で、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる複数の配管からなる配管群を備え、
前記配管群が、該配管群の一端を始点として延伸していると見た場合に、立ち上がるように延伸する立ち上がり部と、立ち下がるように延伸する立ち下がり部と、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを裏返すようにして結ぶ接続部とを備え、
前記接続部において、前記複数の配管を固定する固定部材を備えたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち上がり部に対して前記立ち下がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部、または前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部の少なくともいずれかの接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定するスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記配管群が、前記接続部を複数備え、
前記接続部のうち、一端を始点として延伸していると見た場合に、前記立ち下がり部に対して前記立ち上がり部を裏返すようにして、前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とを結ぶ接続部において、前記固定部材が前記複数の配管を固定しており、
前記立ち上がり部、前記立ち下がり部および前記接続部からなるコア部よりも、該コア部と前記スターリングエンジンの本体との間に形成される空間のほうが、流量が小さくなるように高温熱源を構成する流体を整流する整流部材を前記固定部材にさらに設けたスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記固定部材が、高温熱源を構成する流体を流通させる通路部材との位置決めを兼ねるスターリングエンジンの熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項記載のスターリングエンジンの熱交換器であって、
前記複数の配管が、クランク軸線の延伸方向に沿って直線状に並ぶように設けられた配管接続口に対して設けられるとともに、前記伝熱管群が上面視で前記２つの気筒のボアそれぞれから張り出すように設けられており、
前記２つの気筒をクランク軸線の延伸方向に沿って直列に並べるようにして４気筒以上に多気筒化されたスターリングエンジンに設けられるスターリングエンジンの熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０２６４０（Ｐ２０１１−２０２６４０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３１８２（Ｐ２０１０−７３１８２）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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