斯特林循環發動機的制作方法

本發明涉及斯特林循環發動機，尤其涉及活塞和移氣器被同軸狀地配置的斯特林循環發動機。

背景技術：

以往，作為這種斯特林循環發動機，已知在殼體的內部設置了氣缸、活塞、移氣器和驅動機構的斯特林循環發動機(例如參照專利文獻1)。另外，一般的斯特林循環發動機由比較厚壁的不銹鋼形成占據前述殼體大部分的圓筒部、主干部和連結部。這是基于下述等理由，即：由于作為被封入斯特林循環發動機的殼體內的工作氣體大多使用在真實氣體中最接近理想氣體且容易泄露的氦，所以，有必要使得該氦難以泄漏；由于工作流體以高壓被封入，所以，有必要由耐高壓的金屬制造；加工性以及耐腐蝕性優異，比較廉價。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-68362號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

但是，專利文獻1那樣的斯特林循環發動機由于在壓縮室產生的熱從排熱翅片經由不銹鋼形成的圓筒部被排出，所以，存在不能提高排熱效率這樣的問題。雖然通過在殼體的周圍設置排熱部件能夠某種程度地提高排熱效率，但是，因為熱經殼體被排出的情況相同，所以，在提高排熱效率上存在限制。

因此，本發明以提供一種解決以上問題點，能夠通過提高排熱效率來提高整體熱效率的斯特林循環發動機為目的。

用于解決課題的手段

本發明的技術方案1記載的斯特林循環發動機構成為具有：殼體、被收容在該殼體內的氣缸、可在該氣缸內往復運動的活塞、相對于該活塞具有相位差地往復運動的移氣器、被定義在前述活塞與移氣器之間的壓縮室、被定義在前述移氣器的壓縮室相反側的膨脹室、被設置在前述壓縮室附近的排熱體、被設置在前述膨脹室附近的吸熱體以及被設置在前述排熱體與前述吸熱體之間的再生器，其中，在前述殼體的外面與排熱體的內面之間形成有排熱室，在前述殼體設置有使該排熱室和前述壓縮室連通的第一通路，且在前述殼體設置有使前述排熱室和前述再生器連通的第二通路。

另外，本發明的技術方案2記載的斯特林循環發動機以技術方案1為基礎，其中，在前述排熱室內設置有排熱翅片，使前述排熱翅片與前述排熱體導熱接觸。

發明的效果

本發明的技術方案1記載的斯特林循環發動機通過像上面那樣構成，能夠將在壓縮室產生的熱不經殼體而是從排熱體向外部排出。為此，因為即使使殼體的壁厚變厚，也不會對排熱效率造成影響，所以，考慮耐壓性以及加工性，能夠使殼體的壁厚變厚。

另外，本發明的技術方案2記載的斯特林循環發動機通過在前述排熱室內設置排熱翅片，使前述排熱翅片與前述排熱體導熱接觸，能夠更有效地將前述壓縮室的熱從前述排熱體向外部排出。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施例1的斯特林循環發動機的主視圖。

圖2是該斯特林循環發動機的主要部分縱剖視圖。

圖3是該斯特林循環發動機的排熱體以及排熱室的橫剖視圖及其主要部分放大圖。

圖4是該斯特林循環發動機的俯視圖。

圖5是該斯特林循環發動機的仰視圖。

具體實施方式

下面，參照隨附的圖1～圖5來說明本發明的實施例。下面說明的實施例并不限定權利要求書記載的本發明內容。另外，下面說明的結構并非都是本發明的必要條件。

實施例1

在圖1以及圖2中，1是由被形成為大致圓筒狀的圓筒部2、主干部3、連結部4、吸熱體5和未圖示出的氣密封接件構成的殼體。圓筒部2、主干部3以及連結部4由不銹鋼等構成。而且，前述圓筒部2和連結部4被一體地形成。另外，前述氣密封接件由鋼等構成。另一方面，吸熱體5由銅等構成。

圓筒部2的上下兩端開放，在其頂端部2A的外周側形成陽螺紋2B，且將內面切削加工成頂端部2A的截面準確地成為圓形。據此，圓筒部2的頂端部2A的內面作為氣缸發揮作用。

在吸熱體5與陽螺紋2B對應地形成陰螺紋5A。而且，通過釬焊等使大致圓環狀的連結部4和主干部3連結，通過釬焊等連結主干部3和前述氣密封接件，且在利用陽螺紋2B和陰螺紋5A螺紋結合圓筒部2的頂端部2A和吸熱體5后，進行釬焊，據此，構成殼體1。另外，圓筒部2的開放的頂端由吸熱體5封閉。

延伸至主干部3內部的鋁合金制的氣缸7相對于圓筒部2以及連結部4被同軸狀(軸線Z)插入而被設置在圓筒部2的基端側的內部。而且，在氣缸7的中央部7B的外面設置后述的支架25，且從該支架25向主干部3側延伸，設置連接用臂部30。另外，氣缸7以及支架25是使用鋁合金等在進行了壓鑄等鑄造后進行切削加工而得的部件。另外，雖然希望支架25和連接用臂部30為一體，但是也可以分體。

在氣缸7的頂端側以及圓筒部2的頂端部2A的內側可在軸線Z方向滑動地收容空心圓筒狀的移氣器8。另外，在移氣器8的頂端和吸熱體5之間形成膨脹室E。而且，在被裝配在移氣器8的頂端的蓋部件9形成多個通氣孔8A。移氣器8的內部和膨脹室E通過這些通氣孔8A連通。另外，在移氣器8的基端部分也形成多個通氣孔8B。而且，在移氣器8的基端部分，形成有具有軸線Z方向寬度比移氣器8的行程更寬的淺的環狀的槽8C，在該槽8C形成通氣孔8B。另外，移氣器8由合成樹脂構成。

在圓筒部2的外面和排熱體6的內面之間形成圓筒狀的排熱室21。排熱室21的下面部21A由圓筒部2的階梯部2D的外面定義。另外，排熱室21的上面部21B由排熱體6的上側部6A的內面定義。另外，排熱室21的外側面部21C由排熱體6的下側部6B的內面定義。再有，排熱室21的內側面部21D由圓筒部2的擴徑部2C的外面定義。在該排熱室21內如圖2、圖3所示，設置排熱翅片13。該排熱翅片13是將銅板折曲而形成的所謂波紋翅片。另外，排熱翅片13的外面與排熱體6的內面導熱接觸。這樣，通過在排熱室21內設置排熱翅片13，能夠使與工作氣體接觸的面積增多，有效地使工作氣體的熱從排熱翅片13向排熱體6移動。另外，排熱翅片13本身所具有的形成于板間的空隙在上下方向連通，由于與工作氣體的移動方向平行，所以，工作氣體能夠在排熱室21內順暢移動。

排熱室21的下部通過形成于圓筒部2的階梯部2D以及氣缸7上的第一通路11與壓縮室C連通。另外，排熱室21的上部通過形成于圓筒部2以及氣缸7上的第二通路12與移氣器8內部連通。另外，如前所述那樣，通過在移氣器8形成槽8C，在該槽8C設置通氣孔8B，不依賴往復運動的移氣器8的位置就能使通氣孔8B和第二通路12連通。再有，在移氣器8的內部設置再生器10。

而且，形成從膨脹室E穿過通氣孔8A、再生器10、通氣孔8B、第二通路12、排熱室21以及第一通路11達到氣缸7內的壓縮室C的路徑14。作為工作氣體的氦在該路徑14移動。

排熱體6如上所述，具有上側部6A和下側部6B，被一體地形成，且具有上下兩端開放的圓筒形狀。另外，上側部6A從下側部6B的上端向內呈法蘭狀地延伸。其結果，上側部6A的內徑比下側部6B的內徑小。而且，如前所述那樣，該排熱體6定義排熱室21的上面部21B以及外側面部21C。另外，排熱體6的下側部6B形成得比排熱室21的上下方向的長度長。排熱體6的上側部6A的內端通過釬焊等與圓筒部2的外面氣密連結，排熱體6的下側部6B的下端部通過釬焊等與連結部4的外面連結。排熱體6由鋼等導熱率高的金屬構成。由于排熱翅片13導熱抵接地設置在該排熱體6的內面，所以，排熱室21的熱經排熱翅片13以及排熱體6被有效地向外部排出。

氣缸7的頂端部7A被插入圓筒部2的擴徑部2C的內部。另外，氣缸7的中央部7B被插入連結部4的內部。而且，從氣缸7的中央部7B到基端部7C，在其內側可在軸線Z方向滑動地收容活塞15。另外，活塞15的頂端部15A在動作中可進入氣缸7的頂端部7A。而且，活塞15的基端部15B與從氣缸7的中央部7B到基端部7C的內面滑動接觸。再有，活塞15與驅動機構16的可動件16B同軸狀(軸線Z)地連結。

在移氣器8的基端側連接用于控制該移氣器8的動作的桿22的一端。另外，桿22貫通活塞15而延伸。

驅動機構16構成為具有固定件16A和可動件16B。固定件16A由電磁線圈19、內側鐵芯20以及外側鐵芯24構成。另一方面，可動件16B由框17和永久磁鐵18構成。在電磁線圈19的周圍設置外側鐵芯24。該外側鐵芯24是在將預先由絕緣體(例如合成樹脂、陶瓷等)包覆的作為強磁性體的鐵粉成形為適當形狀后，進行燒結而形成的部件，但是，也可以通過層疊多張適當形狀的電磁鋼板而形成。同樣，內側鐵芯20是在將預先由絕緣體(例如合成樹脂、陶瓷等)包覆的作為強磁性體的鐵粉成形為適當形狀后，進行燒結而形成的部件，但是，也可以通過層疊多張適當形狀的電磁鋼板而形成。框17被形成為短筒狀。在該框17的一端固定圓筒狀的永久磁鐵18。再有，框17相對于活塞15的基端部15B同軸狀地連接。而且，固定件16A的外側鐵芯24的內周面接近永久磁鐵18的外周地定位，且內側鐵芯20的外周面接近永久磁鐵18的內側地定位。

像前述那樣，在氣缸7的中央部7B以與氣缸7一體且同軸狀的方式突出形成有法蘭狀的支架25。該支架25被構成為其頂端側的一側面25A與連結部4的安裝部4A抵接，并被螺紋緊固在該安裝部4A。另一方面，在支架25的基端側的另一側面25B形成環狀的凹槽25C。另外，從支架25開始，與氣缸7的軸線Z方向大致平行地突出設置多個連接用臂部30。另外，圖中40是將氣缸7的外面和殼體1的內面的間隙密封的作為所謂填料的O型環。

在殼體1的下端設置振動吸收單元33，被配置成多個板簧34和配重35經被配置在氣缸7的軸線Z上的連結部33A同軸狀地重疊。另外，在振動吸收單元33的內部，向驅動機構16供給電力的電源連接器(未圖示出)被設置在前述氣密封接件(未圖示出)。另外，37是工作氣體封入用的管。

接著，對本實施例的斯特林循環發動機的制造工序進行說明。首先，通過將折曲銅板而形成的波紋翅片做圓成短筒狀，形成排熱翅片13。而且，將這樣形成的排熱翅片13插入排熱體6。此時，排熱翅片13的外面相對于排熱體6的下側部6B的內面導熱接觸。而且，從這樣組裝了排熱翅片13的排熱體6的下側部6B側插入圓筒部2。若將該圓筒部2插入到進深側，則排熱體6的上側部6A的內端與圓筒部2的擴徑部2C的外面抵接。另一方面，排熱體6的下側部6B的下端部與連結部4的外面抵接。在這種狀態下，將上側部6A的內端和擴徑部2C的外面氣密地釬焊，且將下側部6B的下端部和連結部4的外面氣密地釬焊。據此，在殼體1和排熱體6之間形成排熱室21。此后，將吸熱體5連接在圓筒部2的頂端。這樣一來，圓筒部2以及連接部4、吸熱體5、排熱體6和排熱翅片13被一體化。另外，通過連接主干部3和前述氣密封接件，預先一體化。而且，通過將支架25相對于連結部4螺紋緊固，相對于殼體1固定氣缸7。此時，通過將氣缸7的頂端部7A的外面引導并插入到圓筒部2的擴徑部2C的內面，能夠相對于圓筒部2同軸地配置氣缸7。另外，通過相對于圓筒部2定位氣缸7，氣缸7和被形成在圓筒部2的孔的位置相吻合，形成第一通路11以及第二通路12。而且，相對于與氣缸7一體地形成的支架25，固定電磁線圈19以及外側鐵芯24。另外，將內側鐵芯20固定在氣缸7的基端部7C的外周。這樣一來，驅動機構16的固定件16A被固定在氣缸7。另外，嵌插成形有永久磁鐵18的框17被活塞15的基端和未圖示出的連接體夾持，據此，驅動機構16的可動件16B被固定在活塞15。再有，將移氣器8、活塞15等裝入氣缸7內。此后，通過將主干部3和連結部4連接而一體化，將預先組裝的振動吸收單元33安裝在主干部3。

接著，對本實施例的作用進行說明。根據前述結構，若使交流電流在電磁線圈19流動，則從該電磁線圈19產生交變磁場，在外側鐵芯24集中，通過該交變磁場產生使永久磁鐵18在軸線Z方向往復運動的力。與固定有永久磁鐵18的框17連接的活塞15通過該力在氣缸7內在軸線Z方向往復運動。若活塞15向靠近移氣器8的方向移動，則形成在活塞15和移氣器8之間的壓縮室C內的氣體被壓縮，穿過第一通路11、排熱室21、第二通路12、槽8C、通氣孔8B、再生器10以及通氣孔8A，到達吸熱體5內的膨脹室E，據此，移氣器8具有規定的相位差地向靠近活塞15的方向被下推。另一方面，若活塞15向遠離移氣器8的方向移動，則壓縮室C的內部成為負壓，膨脹室E內的氣體穿過通氣孔8A、再生器10、通氣孔8B、槽8C、第二通路12、排熱室21以及第一通路11，向壓縮室C回流，據此，移氣器8具有規定的相位差地向遠離活塞15的方向被上推。在這樣的工序中，通過進行由兩個等溫變化和等體積變化構成的可逆循環，膨脹室E附近成為低溫，另一方面，壓縮室C附近成為高溫。

另外，在該斯特林循環發動機工作時，在壓縮室C內成為高溫的工作氣體從第一通路11進入排熱室21。而且，該高溫的工作氣體所具有的熱從排熱翅片13向排熱體6移動，進而，從排熱體6向外部釋放。此時，因為工作氣體所具有的熱直接向由導熱性良好的銅構成的排熱翅片13傳導，且從該排熱翅片13向由導熱性良好的銅構成的排熱體6傳導，所以，排熱被良好地進行。因此，以往由于經不銹鋼制的殼體進行排熱，所以要考慮排熱效率而使殼體的壁厚變薄，與此相對，在本發明的情況下，因為即使使殼體1的圓筒部2的壁厚變厚，也不會對排熱效率造成影響，所以，考慮耐壓性以及加工性，能夠使殼體1的圓筒部2的壁厚變厚。另外，本發明通過在形成前述排熱室21的排熱體6的內面設置排熱翅片13，能夠更有效地使壓縮室C的熱從排熱翅片13經排熱體6向外部排出。

如上所述，本實施方式的斯特林循環發動機具有殼體1、被收容在該殼體1內的氣缸7、可在該氣缸7內往復運動的活塞15、相對于該活塞15具有相位差地往復運動的移氣器8、被定義在前述活塞15和移氣器8之間的壓縮室C、被定義在前述移氣器8的壓縮室C相反側的膨脹室E、被設置在前述壓縮室C附近的排熱體6、被設置在前述膨脹室E附近的吸熱體5和被設置在這些排熱體6和吸熱體5之間的再生器10而構成，其中，在前述殼體1的外面和排熱體6的內面之間形成排熱室21，在前述殼體1以及氣缸7設置使該排熱室21和前述壓縮室C連通的第一通路11，且在前述殼體1以及氣缸7設置使前述排熱室21和前述再生器10連通的第二通路12，據此，在壓縮室C中被壓縮的氣體穿過第一通路11向設置在殼體1的外部的排熱室21移動，能夠使被壓縮的氣體所具有的熱從排熱翅片13向排熱體6傳導，從該排熱體6向斯特林循環發動機的外部有效地排出。另外，由于在壓縮室C被壓縮的氣體穿過第一通路11向配設在殼體1的外部的排熱室21移動，所以，殼體1的圓筒部2的厚度、形狀不會對熱排出效率造成影響，因此，能夠考慮耐壓性以及加工性，使殼體1的圓筒部2的壁厚變厚。

另外，通過在前述排熱室21內設置排熱翅片13，使前述排熱翅片13與前述排熱體6導熱接觸，能夠使熱有效地從在壓縮室C被壓縮的氣體向排熱翅片13移動。據此，能夠提高斯特林循環發動機的排熱效率。

另外，本發明并非被上述實施例限定，在本發明的主旨的范圍內，可實施各種變形。例如，在上述實施例中，將再生器10設置在移氣器8的內部，但是，也可以將再生器10設置在移氣器8的外周。另外，也可以使氣缸7到中央部7B為止，僅在圓筒部2形成第一通路11以及第二通路12。再有，排熱翅片13也可以是所謂的波紋翅片以外的構造。

符號說明

1：殼體；5：吸熱體；6：排熱體；7：氣缸；8：移氣器；10：再生器；11：第一通路；12：第二通路；13：排熱翅片；15：活塞；21：排熱室；C：壓縮室；E：膨脹室。