專利名稱：使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型特別涉及從在煙道中流動(dòng)的排出氣體回收熱量的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
有效利用廢熱、生物量、冷暖氣等熱源，能夠有助于解決環(huán)境問(wèn)題和能量問(wèn)題。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有不挑選熱源，只要有溫度差就能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的特征，所以能夠應(yīng)用于這些熱源的有效利用。特別是自在煙道中流動(dòng)的排出氣體的熱量回收作為廢熱利用受到關(guān)注，提出有適 于這樣的煙道設(shè)置的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。(非專利文獻(xiàn)I)在非專利文獻(xiàn)I中，配置于煙道內(nèi)的加熱部由橫向排成一列的U字管構(gòu)成，燃燒氣體的流向與成為加熱器的U字管的列方向正交，由此使加熱器溫度分布均勻化。本實(shí)用新型發(fā)明者參考非專利文獻(xiàn)I設(shè)計(jì)了圖13所示的加熱部。圖13是表示斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)的主要部分立體圖。如該圖所示，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部構(gòu)成為，大小不同的相似形的U字管101、102、103、104、105配置在同一平面內(nèi)，并且，各個(gè)U字管101、102、103、104、105橫向排列成一列。另外，如箭頭所示，圖13所示的加熱部與非專利文獻(xiàn)I同樣，燃燒氣體的流向與U字管的列方向正交。另外，在U字管的加熱部中的燃燒氣體(排出氣體)的壓力損失不會(huì)成為問(wèn)題的情況下，可以通過(guò)使燃燒氣體(排出氣體)的流向與U字管的列方向平行，使燃燒氣體與U字管更多地接觸，增大傳熱面積，提高從加熱部取入發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I ,第^--次斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)研討會(huì)”(Stirling Cycle
Symposium)講演論文集41頁(yè)、42頁(yè)(3kW級(jí)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)研究)2008年11月5日出版，出版社社團(tuán)法人日本機(jī)械學(xué)會(huì)

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型要解決的課題在這種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，在置換活塞(displacer piston,換氣活塞)與加熱部之間形成高溫空間，并且在置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部。由此，如果各個(gè)U字管101、102、103、104、105的一端位于中心區(qū)域的高溫空間，另一端位于外周區(qū)域的再生部，則U字管101、102、103、104、105能夠與高溫空間和再生部直接連接，能夠使工作氣體流暢地流動(dòng)。但是，在圖13所示的加熱部的結(jié)構(gòu)中，為了將U字管101、102、103、104、105的一
端與高溫空間連接，將另一端與再生部連接，需要設(shè)置流路分離部。使用圖14說(shuō)明這一點(diǎn)。圖14是從加熱部側(cè)看圖13所示的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的流路分離部的立體圖。[0016]在流路分離部110設(shè)置有與加熱部連通的第一開(kāi)口部IIOA和第二開(kāi)口部110B。第一開(kāi)口部IlOA形成于加熱部的內(nèi)周側(cè)，第二開(kāi)口部IlOB形成于加熱部的外周側(cè)，第一開(kāi)口部IlOA和第二開(kāi)口部IlOB形成將加熱部分為兩部分而得的一方和另一方。U字管101位于一端側(cè)開(kāi)口部IOlX和另一端側(cè)開(kāi)口部101Y，U字管102位于一端側(cè)開(kāi)口部102Χ和另一端側(cè)開(kāi)口部102Υ，U字管103位于一端側(cè)開(kāi)口部103Χ和另一端側(cè)開(kāi)口部103Y，U字管104位于一端側(cè)開(kāi)口部104X和另一端側(cè)開(kāi)口部104Y，U字管105位于一端側(cè)開(kāi)口部105X和另一端側(cè)開(kāi)口部105Y。圖14中，U字管103的一端側(cè)開(kāi)口部103X、U字管104的一端側(cè)開(kāi)口部104X和U 字管105的一端側(cè)開(kāi)口部105X，位于第一開(kāi)口部110A。此外，U字管101的另一端側(cè)開(kāi)口部IOlY和U字管102的另一端側(cè)開(kāi)口部102Y，位于第二開(kāi)口部110B。另一方面，U字管101的一端側(cè)開(kāi)口部10IX、U字管102的一端側(cè)開(kāi)口部102X和U字管103的另一端側(cè)開(kāi)口部103Y、U字管104的另一端側(cè)開(kāi)口部104Y、U字管105的另一端側(cè)開(kāi)口部105Y，利用流路分離路110與加熱部不連通，而從流路分離部110的外周端與再生部連接。如上所述，在圖13所示的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)設(shè)置圖14所示的流路分離部110，能夠使U字管101、102、103、104、105的一端與高溫空間相連，另一端與再生部相連。在非專利文獻(xiàn)I中沒(méi)有公開(kāi)流路分離部，但是如果沒(méi)有與圖13所示的流路分離部110相當(dāng)?shù)牟考?，則不能夠使工作氣體在高溫空間與再生部之間流通。在設(shè)置這樣的流路分離部110的情況下，產(chǎn)生對(duì)工作氣體的流動(dòng)的阻力，而且需要考慮不均勻的流動(dòng)對(duì)高溫空間和再生部的影響。于是，本實(shí)用新型的目的在于提供一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其能夠有效地從在煙道內(nèi)流動(dòng)的排出氣體回收熱量，并且能夠不設(shè)置流路分離部地利用工作氣體管連接加熱部和再生部。用于解決課題的方法第一方面記載的本實(shí)用新型提供一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由上述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著上述高溫空間與上述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在上述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成上述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由上述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由上述冷卻部使上述工作氣體冷卻、收縮，使上述工作氣體在上述高溫空間與上述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于具有運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，作為在上述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于上述傳熱管組的情況下進(jìn)行的上述雜質(zhì)的除去模式，該運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元進(jìn)行上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降或者上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)。第二方面記載的本實(shí)用新型提供一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由上述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著上述高溫空間與上述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在上述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成上述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由上述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由上述冷卻部使上述工作氣體冷卻、收縮，使上述工作氣體在上述高溫空間與上述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于具有控制單元，作為在上述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于上述傳熱管組的情況下進(jìn)行的上述雜質(zhì)的除去模式，該控制單元使流過(guò)上述排出氣體流路的排出氣體的流量在規(guī)定時(shí)間增加。第三方面記載的本實(shí)用新型提供一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由上述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著上述高溫空間與上述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在上述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成上述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由上述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由上述冷卻部使上述工作氣體冷卻、收縮，使上述工作氣體在上述高溫空間與上述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于具有控制單元，在上述煙道設(shè)置將高壓空氣或清洗水導(dǎo)入的插入口，作為在上述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于上述傳熱管組的情況下進(jìn)行的上述雜質(zhì)的除去模式，該控制單元從上述插入口將上述高壓空氣或上述清洗水向上述傳熱管組供給。第四方面記載的本實(shí)用新型是，在第一方面到第三方面中的任一方面記載的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置中，在上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元中，通過(guò)檢測(cè)上述傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降、上述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)，在上述控制單元中，通過(guò)檢測(cè)上述傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行上述排出氣體的流量的增加，或者從上述插入口將上述高壓空氣或上述清洗水向上述傳熱管組的供給。實(shí)用新型效果根據(jù)本實(shí)用新型，在各個(gè)U字管之間形成平行的排出氣體流路，所以能夠高效地加熱U字管。此外，將第一貫通孔組形成在與第二貫通孔組相比更靠加熱部頭的中心區(qū)域的位置，U字管的一端安裝于第一貫通孔組的貫通孔中，U字管的另一端安裝于第二貫通孔組的貫通孔中，由此能夠利用U字管使工作氣體在高溫空間與再生部之間流通，所以能夠減少流路阻力。

圖I是表示本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是表示該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖3是該加熱部的俯視圖。圖4是該加熱部的側(cè)視圖。圖5是該加熱部的仰視圖。圖6是表示該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的另一個(gè)實(shí)施例的仰視圖。圖7是表示該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的又一個(gè)實(shí)施例的立體圖。圖8是該加熱部的俯視圖。圖9是該加熱部的側(cè)視圖。圖10是該加熱部的主視圖。圖11是該加熱部的仰視圖。圖12是表示構(gòu)成該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的U字管的另一個(gè)實(shí)施例的部分截?cái)嗔Ⅲw圖。圖13是表示斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)的主要部分立體圖。圖14是從加熱部側(cè)看圖13所示的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的流路分離部的立體圖。圖15是用于實(shí)現(xiàn)使用本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置中的傳熱管組的雜質(zhì)除去方法的結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記I置換活塞 2動(dòng)力活塞3高溫空間4低溫空間5再生部6冷卻部7 曲軸8發(fā)電機(jī)用軸10加熱部
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置是，具有運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，作為在煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于傳熱管組的情況下進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，該運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元進(jìn)行斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降或者斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提升傳熱管的溫度，使附著于傳熱管的雜質(zhì)剝離。本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置是，具有控制單元作為在煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于傳熱管組的情況下進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，該控制單元使流過(guò)排出氣體流路的排出氣體的流量在規(guī)定時(shí)間增加。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)使排出氣體流量暫時(shí)急劇增加，能夠?qū)⒏街趥鳠峁艿碾s質(zhì)吹飛。本實(shí)用新型的第三實(shí)施方式的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置是，具有控制單元，在煙道設(shè)置將高壓空氣或清洗水導(dǎo)入的插入口，作為在煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于傳熱管組的情況下進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，該控制單元從插入口將高壓空氣或清洗水向傳熱管組供給。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠除去附著于加熱管的傳熱管的雜質(zhì)。本實(shí)用新型的第四實(shí)施方式是，在第一實(shí)施方式到第三實(shí)施方式的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置中，在運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元中，通過(guò)檢測(cè)傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)，在控制單元中，通過(guò)檢測(cè)傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行排出氣體的流量的增加，或者從插入口將高壓空氣或清洗水向傳熱管組供給。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠以確切的除去時(shí)刻進(jìn)行使用中的傳熱管組的雜質(zhì)的除去。(實(shí)施例)以下說(shuō)明本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。[0063]首先，使用圖I說(shuō)明本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的概要結(jié)構(gòu)。圖I是表示本實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖I所示，本實(shí)施方式的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞I和動(dòng)力活塞(powerpiston)2，將由置換活塞I分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間3，將另一方的空間作為低溫空間4，使工作氣體在高溫空間3與低溫空間4之間移動(dòng)。本實(shí)施方式的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)將加熱部10設(shè)置于將從例如船舶的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排出氣體排出的熱源氣體流路內(nèi)而使 用。加熱部10配置在夾著高溫空間3與置換活塞I相對(duì)的位置，再生部5和冷卻部6配置在置換活塞I的外周。置換活塞I和動(dòng)力活塞2分別與曲軸7連結(jié)，在曲軸7的一端連接有發(fā)電機(jī)用軸8。再生部5形成為筒狀，在再生部5的內(nèi)部設(shè)置有奧氏體類不銹鋼、黃銅等金屬絲網(wǎng)的蓄熱材料，利用該蓄熱材料，從高溫工作氣體吸熱，向低溫工作氣體散熱。冷卻部6也形成為筒狀，冷卻部6內(nèi)劃分為冷卻水流動(dòng)的通路和工作氣體流動(dòng)的通路，工作氣體由冷卻水冷卻。加熱部10與再生部5連接，再生部5與冷卻部6連接。加熱部10與高溫空間3連通，冷卻部6與低溫空間4連通。在上述結(jié)構(gòu)中，在開(kāi)始時(shí)將發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力源使置換活塞I動(dòng)作，由此使工作氣體在高溫空間3和低溫空間4中移動(dòng)。工作氣體在加熱部10加熱、膨脹而被導(dǎo)入到高溫空間3，在冷卻部6冷卻、收縮而被導(dǎo)入到低溫空間4，由此在高溫空間3和低溫空間4產(chǎn)生壓力變動(dòng)。利用該壓力變動(dòng)，動(dòng)力活塞2動(dòng)作,從而能夠得到輸出。S卩，通過(guò)在加熱部10被加熱，封入的工作氣體膨脹，承受壓差，由此使置換活塞I向下方移動(dòng)。通過(guò)置換活塞I向下方的移動(dòng)，位于置換活塞I與動(dòng)力活塞2之間的低溫空間4的氣體被壓縮,使動(dòng)力活塞2向下方移動(dòng)。通過(guò)動(dòng)力活塞2向下方的移動(dòng),工作氣體從置換活塞I的上部(高溫空間3)通過(guò)加熱部10、再生部5和冷卻部6，移動(dòng)至置換活塞I的下部(低溫空間4)。然后，通過(guò)置換活塞I向上方的移動(dòng)，置換活塞I與動(dòng)力活塞2之間的低溫空間4成為低壓，由此使動(dòng)力活塞2向上方移動(dòng)。移動(dòng)至置換活塞I的下部的工作氣體，由于動(dòng)力活塞2向上方的移動(dòng)，通過(guò)冷卻部6、再生部5和加熱部10，移動(dòng)至置換活塞I的上部。像這樣，通過(guò)加熱部10的加熱和冷卻部6的冷卻，工作氣體一邊進(jìn)行膨脹收縮一邊在置換活塞I的上部與下部間往復(fù)移動(dòng)，由此能夠使置換活塞I移動(dòng)，并且使動(dòng)力活塞2移動(dòng)，以進(jìn)行發(fā)電。接著，使用圖2 圖5說(shuō)明本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)。圖2是表示本實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖3是該加熱部的俯視圖，圖4是該加熱部的側(cè)視圖，圖5是該加熱部的仰視圖。如圖所示，本實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部10包括加熱部頭IOa和U字管11、
12、13。加熱部頭IOa形成為外表面為凸?fàn)?、?nèi)表面為凹狀的球面狀，U字管11、12、13安裝于加熱部頭IOa的外表面。在加熱部頭IOa如圖5所示形成有多個(gè)貫通孔，U字管11、12、13固定于這些貫通孔。[0077]在加熱部頭IOa形成有位于排出氣體流動(dòng)的上游側(cè)的第一傳熱管組A ;和位于排出氣體流動(dòng)的下游側(cè)的第二傳熱管組B。如圖3和圖5所示，第一傳熱管組A和第二傳熱管組B相對(duì)于俯視圖中的加熱部頭IOa的二分假想線Y對(duì)稱設(shè)置。像這樣，通過(guò)將第一傳熱管組A和第二傳熱管組B對(duì)稱設(shè)置，能夠使加熱量增加。以下對(duì)第一傳熱管組A說(shuō)明U字管11、12、13的排列。第一傳熱管組A將大小不同的相似形的U字管11、12、13配置在同一平面內(nèi)。此夕卜，各個(gè)U字管11、12、13在列方向上排列。例如，U字管11中相同形狀且相同大小的多個(gè)U字管lla、llb、llc......在列方向上排列。在加熱部頭IOa的中心區(qū)域R形成與高溫空間3連通的第一貫通孔組30R，在加熱部頭IOa的外周區(qū)域S形成與再生部5連通的第二貫通孔組30S。此處，構(gòu)成第二貫通孔組30S的貫通孔配置為圓弧狀。在本實(shí)施例中使用大小不同的三個(gè)U字管11、12、13，所以形 成三個(gè)圓弧。此外，第一貫通孔組30R與第二貫通孔組30S的距離相等，所以第一貫通孔組30R也配置成與第二貫通孔組30S曲率相同的圓弧狀。然后，將U字管11、12、13的一端安裝于構(gòu)成第一貫通孔組30R的貫通孔中，將U字管11、12、13的另一端安裝于構(gòu)成第二貫通孔組30S的貫通孔中。根據(jù)本實(shí)施例，在各個(gè)U字管lla、llb、llc……之間形成平行的排出氣體流路，所以能夠高效地加熱U字管I la、I lb、I Ic……。此外，將第一貫通孔組30R形成于與第二貫通孔組30S相比更靠加熱部頭IOa的中心區(qū)域R的位置，將U字管lla、llb、llc……的一端安裝于第一貫通孔組30R的貫通孔中，將U字管lla、llb、llc……的另一端安裝于第二貫通孔組30S的貫通孔中，由此能夠利用U字管I la、I IbUlc……使工作氣體在高溫空間3與再生部5之間流通，所以能夠減少流路阻力。此外，通過(guò)將大小不同的U字管11、12、13配置在同一平面內(nèi)，能夠進(jìn)一步增加加熱量。圖6是表示本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的另一個(gè)實(shí)施例的仰視圖。在圖5中，第一傳熱管組A和第二傳熱管組B中的位于兩端的三個(gè)U字管11、12、13，在圖6的結(jié)構(gòu)中變成兩個(gè)U字管12、13。第一傳熱管組A和第二傳熱管組B相對(duì)于二分假想線Y對(duì)稱設(shè)置，所以在本實(shí)施例中，在與二分假想線Y的距離較短的外周區(qū)域S也能夠有效地配置U字管12、13，由此能夠使加熱量增加。在上述實(shí)施例中，在任何位置均配置三個(gè)U字管11、12、13，但也能夠像本實(shí)施例這樣在兩端配置兩個(gè)U字管12、13。此外，并不限于本實(shí)施例這樣的配置于兩端的配管，也可以對(duì)配置于中間位置的配管的管數(shù)進(jìn)行變更。使用圖7 圖11說(shuō)明該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的又一個(gè)實(shí)施例。圖7是表示本實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖8是該加熱部的俯視圖，圖9是該加熱部的側(cè)視圖，圖10是該加熱部的主視圖，圖11是該加熱部的仰視圖。對(duì)與上述實(shí)施例功能相同的部件標(biāo)注相同符號(hào)，并省略說(shuō)明。本實(shí)施例的加熱部10中，在加熱部頭IOa還具有第三傳熱管組C和第四傳熱管組D。構(gòu)成第三傳熱管組C的多個(gè)U字管14和構(gòu)成第四傳熱管組D的多個(gè)U字管15，相對(duì)于俯視圖中的加熱部頭IOa的二分假想線X對(duì)稱設(shè)置。另外，二分假想線X是與二分假想線Y正交的假想線。此外，構(gòu)成第三傳熱管組C和第四傳熱管組D的U字管14、15較大，使得能夠跨過(guò)構(gòu)成第一傳熱管組A和第二傳熱管組B的U字管11、12、13的上方。根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)進(jìn)一步設(shè)置第三傳熱管組C和第四傳熱管組D，能夠使加熱量增加。此外，根據(jù)本實(shí)施例，能夠維持由第一傳熱管組A和第二傳熱管組B形成的排出氣體流路，并且進(jìn)一步使加熱量增加。在加熱部頭IOa的中心區(qū)域R形成與高溫空間3連通的第一貫通孔組30R，在加熱部頭IOa的外周區(qū)域S形成與再生部5連通的第二貫通孔組30S。此處，構(gòu)成與第一傳熱管組A和第二傳熱管組B對(duì)應(yīng)的第二貫通孔組30S的貫通孔配置為圓弧狀。在本實(shí)施例中，表不在第一傳熱管組A和第二傳熱管組B中使用大小不同的兩個(gè)U字管的情況,在與第一傳熱管組A和第二傳熱管組B對(duì)應(yīng)的外周區(qū)域S由貫通孔形成兩個(gè)圓弧。此外，與第一傳熱管組A和第二傳熱管組B對(duì)應(yīng)的第一貫通孔組30R和第二貫通孔組30S的距離相等，所以第一貫通孔組30R也配置成與第二貫通孔組30S曲率相同的圓弧狀。此外，本實(shí)施例中，·與第三傳熱管組C和第四傳熱管組D對(duì)應(yīng)的第二貫通孔組30S配置于加熱部頭IOa的外周區(qū)域S，并且位于第一傳熱管組A的第二貫通孔組30S與第二傳熱管組B的第二貫通孔組30S之間。此外，與第三傳熱管組C和第四傳熱管組D對(duì)應(yīng)的第一貫通孔組30R配置在加熱部頭IOa的中心區(qū)域R，并且位于第一傳熱管組A的第一貫通孔組30R與第二傳熱管組B的第一貫通孔組30R之間。根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)與圖5和圖6的比較可知，能夠增加加熱部頭IOa的中心區(qū)域R中的第一貫通孔組30R，和外周區(qū)域S中的第二貫通孔組30S，能夠增加高溫空間3和再生部5的流通量，并且實(shí)現(xiàn)均勻的流通。利用假想軸Y的上部和下部的與再生器連結(jié)的第二貫通孔組30S的內(nèi)部氣體流動(dòng)，使再生器內(nèi)的不均勻緩和，由此減少再加熱損失，帶來(lái)性能的提聞。使用圖12說(shuō)明構(gòu)成本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的U字管的另一個(gè)實(shí)施例。圖12是構(gòu)成本實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的U字管的部分截?cái)嗔Ⅲw圖。本實(shí)施例的U字管16，在平滑圓管16a的外表面設(shè)置有波紋螺旋狀成型的外管16b。工作氣體在平滑圓管16a內(nèi)部流通，所以流路阻力小，另一方面，在熱源氣體流路內(nèi)流動(dòng)的排出氣體，利用外管16b能夠增加外管的傳熱面積，促進(jìn)管外的熱傳遞，提高熱交換效率。另外，在圖12中，外管16b波紋螺旋狀成型，平滑圓管16a為沒(méi)有形成為波紋螺旋狀的直管，但是也可以不設(shè)置平滑圓管16a而使工作氣體在外管16b內(nèi)部流通。在這種情況下，利用波紋螺旋使得傳熱面積增加，工作氣體的流動(dòng)變得紊亂，在紊流所流動(dòng)的區(qū)域中雷諾數(shù)升高，能夠促進(jìn)熱傳遞，提高熱交換效率。以下說(shuō)明構(gòu)成本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的U字管的材料。首先，在排出氣體溫度為500°C以下的使用環(huán)境下使用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)使U字管材料為熱傳導(dǎo)率高的銅，能夠提高熱交換效率。在使U字管材料為銅的情況下，作為加熱部頭使用銅制材料或不銹鋼制材料。此外，在排出氣體溫度為500°C到800°C程度的使用環(huán)境下使用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了確保強(qiáng)度，使U字管材料為不銹鋼。在使U字管材料為不銹鋼的情況下，作為加熱部頭使用不銹鋼制材料。進(jìn)一步，在使用環(huán)境下的排出氣體的成分含有具有腐蝕性的成分的情況下，對(duì)銅制或不銹鋼制的U字管和加熱部頭施以鉻類表面覆膜、或陶瓷熱噴涂(coating)、Ni或碳涂層等的表面覆膜，由此能夠提高耐久性。在排出氣體溫度為800°C以上的高溫氣體的使用環(huán)境下，或例如在氯類、硝酸氫氟酸等具有腐蝕性的排出氣體的使用環(huán)境下使用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)使U字管材料為鈦或鎳鉻合金，能夠提高可靠性、耐久性，并且能夠大幅地實(shí)現(xiàn)輕量化。鈦材料與不銹鋼材料相比，密度少約40 50%，高強(qiáng)度且密度小，所以能夠比不銹鋼管壁厚小，特別適于在焚化爐、玻璃熔解爐中使用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，在使U字 管材料為鈦材料的情況下，在加熱部頭使用不銹鋼材料。在為鈦材料或鎳鉻合金的情況下，不銹鋼制材料通過(guò)調(diào)整焊接條件而顯示良好的焊接性，將U字管插入到構(gòu)成排出氣體流路的煙道內(nèi)。本實(shí)施例中，對(duì)于包含于排出氣體的碳等煤塵，像U字管lla、(12、13)llb、llc這樣，隔開(kāi)空隙地配置，所以能夠準(zhǔn)備貫通空隙的刷子，使刷子簡(jiǎn)單地通過(guò)U字管彼此間的空隙。通過(guò)在維護(hù)時(shí)定期地利用刷子去除附著于U字管的煤塵等雜質(zhì)，能夠使熱交換效率恢復(fù)。通過(guò)對(duì)U字管的與排出氣體相接的外側(cè)表面施以電解研磨，能夠緩和外側(cè)管的凹凸，雖然初始的熱交換效率降低，但是包含于排出氣體等的雜質(zhì)難以附著于U字管，所以能夠提高經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后的中長(zhǎng)期熱交換效率。接著，使用圖15說(shuō)明使用本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置中的傳熱管組的雜質(zhì)除去方法。圖15是使用本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置中的用于實(shí)現(xiàn)傳熱管組的雜質(zhì)除去方法的結(jié)構(gòu)圖。另外，以下說(shuō)明的傳熱管組的雜質(zhì)除去方法即使不是本實(shí)用新型的傳熱管組的結(jié)構(gòu)也能夠適用。為了不需要防止傳熱管的熱交換效率降低的維護(hù)，或者延遲維護(hù)期間，使用中的傳熱管組的雜質(zhì)的去除是必需的。這樣的傳熱管組的雜質(zhì)除去方法是，包括檢測(cè)成為加熱部10的傳熱管(U字管)的溫度的下降的檢測(cè)單元41，和變更煙道42內(nèi)的排出氣體流量的控制單元43，利用檢測(cè)單元41檢測(cè)傳熱管溫度的下降，利用控制單元43使排出氣體流量暫時(shí)急劇增加，由此能夠?qū)⒏街趥鳠峁艿碾s質(zhì)吹飛。此處，控制單元43例如像圖示那樣控制送風(fēng)單元44的轉(zhuǎn)速、控制煙道42的通風(fēng)阻力、變更煙道42內(nèi)的排出氣體流量即可。利用該除去方法，只要附著于傳熱管的雜質(zhì)是緊貼強(qiáng)度比較弱的雜質(zhì)就能夠有效地除去。另外，作為檢測(cè)單元41，可以是檢測(cè)傳熱管、高溫空間3的溫度的部件，但在作為發(fā)電裝置使用的情況下，優(yōu)選是檢測(cè)發(fā)電力的下降的部件，在作為動(dòng)力裝置使用的情況下，優(yōu)選是檢測(cè)輸出的下降的部件。此外，在控制單元43中，優(yōu)選能夠根據(jù)增加的排出氣體流量設(shè)定多個(gè)階段。然后，根據(jù)下降溫度，利用控制單元43變更增加的排出氣體流量，由此能夠有效地除去雜質(zhì)。此外，預(yù)先設(shè)置對(duì)控制單元43中的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行設(shè)定的定時(shí)單元也是有效的。此外，控制單元43使排出氣體流量增加的動(dòng)作，可以在由檢測(cè)單元41檢測(cè)出傳熱管的溫度下降量為規(guī)定量以內(nèi)的情況下結(jié)束。進(jìn)一步，對(duì)于附著于傳熱管的緊貼強(qiáng)度高的雜質(zhì)來(lái)說(shuō)，使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元45進(jìn)行雜質(zhì)的除去模式。作為利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元45進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，通過(guò)進(jìn)行斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的停止或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降中的任一個(gè)，對(duì)于提高加熱器溫度是有效的。例如，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的停止或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降，能夠利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元45，通過(guò)進(jìn)行發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速下降或停止而實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元45使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)逆向旋轉(zhuǎn)，使冷卻部6作為加熱部起作用且使加熱部10作為冷卻部起作用也是有效的。通過(guò)由該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，構(gòu)成加熱部10的傳熱管成為冷卻部，在傳熱管散熱，所以能夠使傳熱管的溫度上升，使附著于傳熱管的雜質(zhì)剝離。由此，能夠延遲維護(hù)期間，根據(jù)排出氣體的種類，也能夠不不需要傳熱管的維護(hù)。另外，雜質(zhì)的除去模式能夠依據(jù)檢測(cè)傳熱管(U字管)的溫度的下降的檢測(cè)單元41而進(jìn)行。此外，代替檢測(cè)傳熱管(U字管)的溫度的下降的檢測(cè)單元41，也可以根據(jù)規(guī)定的處理時(shí)間定期進(jìn)行雜質(zhì)的除去模式。此外，根據(jù)雜質(zhì)的緊貼強(qiáng)度，設(shè)定斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 的下降階段、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止階段和進(jìn)行斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)的階段，階段性地進(jìn)行雜質(zhì)的除去模式。此外，作為傳熱管組的雜質(zhì)除去方法，能夠包括檢測(cè)成為加熱部10的傳熱管(U字管)的溫度的下降的檢測(cè)單元41 ;將高壓空氣或清洗水導(dǎo)入到煙道的插入口 46 ;和指示從插入口 46將高壓空氣或清洗水向加熱部10供給的控制單元43，利用檢測(cè)單元41檢測(cè)傳熱管溫度的下降，利用控制單元43將高壓空氣或清洗水供給至加熱部10，由此能夠除去附著于加熱管10的傳熱管的雜質(zhì)。如上所述，作為在煙道42中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于傳熱管組的情況下進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，表示了使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降的方法、使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的方法、使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量下降的方法、使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)逆向旋轉(zhuǎn)的方法、使流過(guò)煙道42的排出氣體的流量在規(guī)定時(shí)間增加的方法、從插入口 46將高壓空氣或清洗水向傳熱管組供給的方法，但是這些方法不僅能夠單獨(dú)進(jìn)行，也可以多種方法組合進(jìn)行。在本實(shí)施例中，表示了在全部為廢熱的排出氣體內(nèi)插入設(shè)置加熱部頭的例子，但是，在廢熱為固體熱源，即，通過(guò)使U字管與高溫部分接觸的固體熱傳導(dǎo)，在U字管部分的周圍插入構(gòu)成高溫部例如隧道爐這樣的爐設(shè)備的隔熱部件以回收能量的方式中，當(dāng)然也能夠?qū)嵤?。進(jìn)一步，在半導(dǎo)體制造裝置中使用的CVD裝置、擴(kuò)散裝置這樣的伴有電加熱器加熱的裝置、鋁等的熔解中使用的電爐、或天然氣等燃燒式加熱爐中，優(yōu)選在材料的替換工序的前工序、冷卻工序中進(jìn)行使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻處理。在具有高溫工序的CVD裝置、擴(kuò)散裝置、爐中，在排出氣體流動(dòng)不積極的爐內(nèi)的高溫氣體氛圍中，爐內(nèi)保持熱量很大，在由于材料的替換等使?fàn)t內(nèi)冷卻的情況下，能夠不利用空氣等工作氣體的壓送進(jìn)行冷卻，而在爐內(nèi)插入U(xiǎn)字管這樣的傳熱管部，利用由工作氣體高溫化后的氣體的熱傳導(dǎo)，使熱能被斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)獲得以回收能量。在這種情況下，吸熱并不依靠外部氣體這樣的工作氣體，而由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器的吸熱部進(jìn)行冷卻，由此熱量不能夠逃逸，從而能夠由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸熱。因?yàn)槭菤怏w的熱傳導(dǎo)，所以直至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱部的溫度上升需要一定時(shí)間，但有效的爐內(nèi)熱量能夠幾乎全部被斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸收，能夠以高效率進(jìn)行熱量回收，并且容易進(jìn)行冷卻溫度的控制，不需要無(wú)謂地進(jìn)行需要量以上的冷卻。工業(yè)上的可利用性 本實(shí)用新型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)能夠作為有效利用廢熱、生物量等熱源氣體的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置使用。
權(quán)利要求1.一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由所述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著所述高溫空間與所述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在所述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成所述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由所述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由所述冷卻部使所述工作氣體冷卻、收縮，使所述工作氣體在所述高溫空間與所述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于: 具有運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，作為在所述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于所述傳熱管組的情況下進(jìn)行的所述雜質(zhì)的除去模式，該運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元進(jìn)行所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降或者所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)。
2.一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由所述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著所述高溫空間與所述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在所述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成所述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由所述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由所述冷卻部使所述工作氣體冷卻、收縮，使所述工作氣體在所述高溫空間與所述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于 具有控制單元，作為在所述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于所述傳熱管組的情況下進(jìn)行的所述雜質(zhì)的除去模式，該控制單元使流過(guò)所述排出氣體流路的排出氣體的流量在規(guī)定時(shí)間增加。
3.一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有置換活塞和動(dòng)力活塞，將由所述置換活塞分離開(kāi)的一方的空間作為高溫空間，將另一方的空間作為低溫空間，在夾著所述高溫空間與所述置換活塞相對(duì)的位置配置有加熱部，在所述置換活塞的外周配置有再生部和冷卻部，構(gòu)成所述加熱部的傳熱管組設(shè)置在煙道內(nèi)，由所述傳熱管組使工作氣體加熱、膨脹，由所述冷卻部使所述工作氣體冷卻、收縮，使所述工作氣體在所述高溫空間與所述低溫空間之間移動(dòng)，該使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置的特征在于 具有控制單元，在所述煙道設(shè)置將高壓空氣或清洗水導(dǎo)入的插入口，作為在所述煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于所述傳熱管組的情況下進(jìn)行的所述雜質(zhì)的除去模式，該控制單元從所述插入口將所述高壓空氣或所述清洗水向所述傳熱管組供給。
4.如權(quán)利要求I所述的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，其特征在于 在所述運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元中，通過(guò)檢測(cè)所述傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降、所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求2所述的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，其特征在于 在所述控制單元中，通過(guò)檢測(cè)所述傳熱管組的溫度下降，進(jìn)行所述排出氣體的流量的增加。
6.如權(quán)利要求3所述的使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，其特征在于在所述控制單元中，通過(guò)檢測(cè)所述傳熱管組的溫度下降，將所述高壓空氣或所述清洗水從所述插入 口向所述傳熱管組供給。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電裝置或動(dòng)力裝置，其特征在于具有運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，作為在煙道中流動(dòng)的排出氣體所包含的碳等雜質(zhì)附著于傳熱管組的情況下進(jìn)行的雜質(zhì)的除去模式，該運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元進(jìn)行斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的停止、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電量的下降或者斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)F02G1/06GK202732152SQ20109000113
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者赤澤輝行, 中塚勉, 田原妙子, 坂本修 申請(qǐng)人:株式會(huì)社伊斯特