專利名稱：再生器和應(yīng)用該再生器的流動氣體熱再生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于斯特林(Sterling)-循環(huán)致冷機或類似致冷器的再生器，和還涉及應(yīng)用這樣再生器的流動氣體熱再生系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于斯特林-循環(huán)致冷機的一類常規(guī)再生器1，例如在圖8中所示的那樣，是由在其表面上形成微小突出2a的樹脂薄膜2構(gòu)成，樹脂薄膜卷成圓筒形，在它的內(nèi)部留有中空空間。
圖9是裝有再生器1的自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機一個例子的側(cè)剖面圖。首先，將描述這個斯特林-循環(huán)致冷機的操作。如在圖9中所示，自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機包括有工作氣體如密封在其中的氦氣的氣缸8，這樣布置的平衡器7和活塞5以便將氣缸內(nèi)部的空間劃分為膨脹空間10和壓縮空間9，驅(qū)動活塞5作往復(fù)運動的線性馬達6，裝設(shè)在膨脹空間10側(cè)用于從外部吸收熱量的熱吸收器14，和放置在壓縮空間9側(cè)用于向外排出熱量的放熱器13。
在圖9中，參考數(shù)字11和12代表板彈簧，分別支持平衡器7和活塞5，通過彈性允許它們作往復(fù)運動。參考數(shù)字15代表放熱的熱交換器，和參考數(shù)字16代表吸熱的熱交換器。這些熱交換器引起致冷機內(nèi)部和外部之間熱量的交換。在放熱的熱交換器15和吸熱的熱交換器16之間設(shè)置再生器1。
在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)驅(qū)動線性馬達6時，活塞5在氣缸8內(nèi)向上運動，壓縮在壓縮空間9內(nèi)的工作氣體。當(dāng)壓縮工作氣體時，它的溫度上升，但同時通過放熱的熱交換器15由放熱器13通過與外部空氣的熱交換器冷卻工作氣體。因此，獲得等溫的壓縮。由活塞5在壓縮空間9內(nèi)壓縮的工作氣體在壓力下流到再生器1內(nèi)然后進入膨脹空間10。同時，工作氣體的熱量被儲存在構(gòu)成再生器1的樹脂薄膜2內(nèi)，所以工作氣體的溫度下降。
已經(jīng)流入到膨脹空間10內(nèi)的工作氣體處于高壓下，當(dāng)平衡器7向下運動時膨脹，平衡器的往復(fù)運動相對活塞5保持有預(yù)定的相差。同時，工作氣體的溫度下降，但工作氣體通過吸熱的熱交換器16由吸熱器14通過從外部的空氣吸收熱量加熱工作氣體。因此，獲得等溫的膨脹。接著，平衡器7開始向上運動，從而在膨脹空間10內(nèi)的工作氣體通過再生器1回流到壓縮空間9中。同時，工作氣體接受儲存在再生器1中的熱量，所以工作氣體的溫度上升。這種操作的順序，稱為斯特林循環(huán)，由驅(qū)動部件的往復(fù)運動不斷重復(fù)，造成吸熱器14從外部的空氣吸收熱量并逐漸變冷。
以這種方式，由壓縮空間9和膨脹空間10之間的再生器1回收工作氣體的熱能。因此，增加儲存在再生器1中的熱量會獲得更高的熱能回收效率。這就有可能得到理想的斯特林循環(huán)從而提高斯特林-循環(huán)冷氣機的致冷性能。
但是，在上述的常規(guī)再生器1的結(jié)構(gòu)中，再生器1本身是由樹脂薄膜2組成，薄膜通常有低的導(dǎo)熱性。這導(dǎo)致從工作氣體到樹脂薄膜2的低的熱傳導(dǎo)。所以，使再生器1不能儲存足夠的熱量，結(jié)果產(chǎn)生不能令人滿意的熱能回收效率。這就降低了斯特林-循環(huán)致冷機的致冷性能。還有，再生器的邊緣常容易變形，造成回收性能的改變和導(dǎo)致不穩(wěn)定的回收性能。因此，本發(fā)明的目的是提供一種再生器，它能提供優(yōu)良的熱能回收效率和穩(wěn)定的回收性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述的目的，按照本發(fā)明的一個方面，在由條狀樹脂薄膜卷成圓筒形構(gòu)成的再生器中，該樹脂薄膜有多層的結(jié)構(gòu)，它的至少一部分占據(jù)離它的邊緣預(yù)定的寬度。這就幫助增加再生器邊緣的強度，從而使它們不容易變形，并這樣幫助穩(wěn)定再生器的性能。
按照本發(fā)明的另一方面，在由條狀樹脂薄膜卷成圓筒形構(gòu)成的再生器中，在該樹脂薄膜的表面上形成比樹脂薄膜有較高導(dǎo)熱性的一層。當(dāng)通過再生器的一端熱的工作氣體流入到該再生器中時，工作氣體的熱量就被儲存在該樹脂薄膜中。這里，在樹脂薄膜上形成的有高導(dǎo)熱性的這層提高了再生器中的熱傳導(dǎo)。因此，更多的熱量被儲存在該樹脂薄膜中。當(dāng)通過再生器的另一端冷的工作氣體流入到該再生器中時，工作氣體接受儲存在樹脂薄膜中的熱量。這里，在樹脂薄膜上形成的有高導(dǎo)熱性的這層提高了在再生器1中的熱傳導(dǎo)和提供更高的熱容量。所以，更多的熱量被排放到工作氣體中。以這種方式，有可能獲得高的熱能回收效率。
樹脂薄膜可以有在它的表面上形成的許多微小的突出。這在樹脂薄膜互相疊加的不同卷之間產(chǎn)生間隙，因此允許工作氣體沿著氣缸的軸線從高溫端流過那些間隙到低溫端，或者相反。
按照本發(fā)明的還有一方面，在由條狀樹脂薄膜卷成圓筒形構(gòu)成的再生器中，該樹脂薄膜是由兩層條狀樹脂薄膜組成，有一層是層壓在兩層樹脂薄膜之間比這兩層樹脂薄膜有更高的導(dǎo)熱性。這就幫助避免了把有高導(dǎo)熱性的該層暴露在外面。
特別是，在樹脂薄膜上形成的有高導(dǎo)熱性的該層以便占據(jù)離再生器的邊緣預(yù)定的寬度有助于減小面積，與在整個樹脂薄膜上形成有高導(dǎo)熱性的該層的情況相比較，有助于減小有高導(dǎo)熱性該層的材料成本和相關(guān)成本。
通過在樹脂薄膜上印刷含有高導(dǎo)熱性組份的樹脂墨水，可以很容易形成有高導(dǎo)熱性的該層。在那種情況下，至少是金、銀、銅、鋁和碳中一種的微粒是適合作為有高導(dǎo)熱性的組份。
將本發(fā)明的再生器放置在用作往復(fù)流動氣體的流道的環(huán)形的空間中，有可能實現(xiàn)能提供高熱能回收效率的通用的流動氣體熱再生系統(tǒng)。特別是，將本發(fā)明應(yīng)用到自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機，有可能獲得優(yōu)良的致冷性能。


圖1是表示本發(fā)明第一實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是該再生器放大的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖4是表示本發(fā)明第三實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖5是表示本發(fā)明第四實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖6是表示本發(fā)明第五實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖7是表示本發(fā)明第六實施例再生器的放大剖面圖。
圖8是表示常規(guī)再生器實例結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖9是表示自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機實例的側(cè)剖面圖。
具體實施例方式
參考附圖將描述本發(fā)明的第一實施例。圖1是表示本發(fā)明第一實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖，和圖2是該再生器放大的剖面圖。如在圖1中所示，再生器1是由條狀樹臘薄膜2卷成圓筒形而構(gòu)成。樹脂薄膜2是由具有高的比熱、低的導(dǎo)熱性、高的熱阻、低的水份吸收、和其他適合特性的材料制成，合適的例子包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)和聚酰亞胺。
樹脂薄膜2有許多微小的突出2a，有規(guī)律地形成在它的一側(cè)整個表面上。例如通過印刷、壓花、或熱成形可以形成這些突出2a。如在圖2中所示，突出2a使互相疊加的樹脂薄膜2不同卷之間留有間隙。因此，通過這些間隙，如在圖1中所示，工作氣體沿著氣缸的軸線(由點劃線B所指的方向)如箭頭A所示從高溫端1H流到低溫端1C，或者相反。
在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上，樹脂層3含有比樹脂薄膜2較高導(dǎo)熱性的組份，以薄膜的形式形成在表面上。金、銀、銅、鋁、碳、或類似元素的微粒適合作為高導(dǎo)熱性組份，單獨使用或作為它們中兩個或幾個的混合物使用。將微粒與樹脂材料如聚乙烯混合，然后作為墨水，在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上印刷該混合物，以便用樹脂層3涂覆它。
下面，將描述在應(yīng)用這種再生器1的斯特林-循環(huán)致冷機中如何獲得熱再生。當(dāng)壓縮從而加熱的工作氣體通過它的高溫端1H流入再生器1時，工作氣體的熱能被儲存在樹脂薄膜2中。這里，由于樹脂薄膜2上的樹脂層3有足夠高的導(dǎo)熱性，熱能首先沿著樹脂層3傳導(dǎo)然后儲存在整個樹脂薄膜2中。所以，儲存了足夠的熱量。另一方面，當(dāng)膨脹從而冷卻的工作氣體通過它的低溫端1C流入再生器1時，儲存的熱量被排出。這里，熱能沿著樹脂層3傳導(dǎo)和從整個樹脂薄膜2排放給工作氣體。所以，排出足夠的熱量。以這種方式，再生器1的操作有提高的回收能量效率。
參考附圖將描述本發(fā)明的第二實施例。圖3是表示本發(fā)明第二實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。如在圖3中所示，樹脂薄膜2有許多微小的突出2a，有規(guī)律地形成在它的一側(cè)整個表面上。這些突出2a使互相疊加的樹脂薄膜2不同卷之間留有間隙。因此，通過這些間隙，工作氣體沿著氣缸軸線(由點劃線B指出的方向)如箭頭A所示從高溫端1H流到低溫端1C，或者相反。
如在圖3中所示，在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上，形成含有導(dǎo)熱性比樹脂薄膜2高的組份的樹脂層3，以條的形狀沿著氣缸軸線按有規(guī)律的間隔布置。在沒有樹脂層3的樹脂薄膜2表面的各部分中，事先以條帶形式按有規(guī)律的間隙布置放上掩膜。然后就象第一實施例那樣進行涂覆。最后將掩膜清洗除去以便得到樹脂層3。樹脂層3的各條可以是按有規(guī)律的間隔布置。
下面，將描述在應(yīng)用這種再生器1的斯特林-循環(huán)致冷機中如何獲得熱量的回收。當(dāng)壓縮從而加熱的工作氣體通過它的高溫端1H流入再生器1時，工作氣體的熱能被儲存在樹脂薄膜2中。這里，由于樹脂薄膜2上的樹脂層3有足夠高的導(dǎo)熱性，熱能首先傳導(dǎo)到樹脂層3的各個條帶然后熱能從各條帶儲存到樹脂薄膜2中。所以，儲存了足夠的熱量。另一方面，當(dāng)膨脹從而冷卻的工作氣體通過它的低溫端1C流入再生器1時，儲存的熱量被排出。這里，熱能從樹脂薄膜2傳導(dǎo)給樹脂層3的各條帶然后排放給工作氣體。所以，排出足夠的熱量。以這種方式，再生器1的操作有提高的回收能量效率。
在這個實施例中，在樹脂薄膜2上是以條帶形狀按間隔布置形成樹脂層3。這有助于在熱量通過樹脂層3從高溫端1H傳導(dǎo)到低溫端1C時減小熱量損失。還有，樹脂層3比它們形成在整個樹脂薄膜2上有較小的面積。這有助于減小使用的高導(dǎo)熱性組份的數(shù)量，從而有助于減小成本。雖然沒有形成樹脂層3的各部分有相對低的導(dǎo)熱性，但由于樹脂層3是以條帶的形狀生成，通過確定樹脂層3條帶的寬度和間隔，從而使工作氣體與那些低導(dǎo)熱性部分盡可能少接觸，有可能使熱能回收效率的降低最小。
參考附圖將描述本發(fā)明的第三實施例。圖4是表示本發(fā)明第三實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。如在圖4中所示，樹脂薄膜2有許多微小的突出2a，有規(guī)律地形成在它的一側(cè)整個表面上。這些突出2a使互相疊加的樹脂薄膜2不同卷之間留有間隙。因此，通過這些間隙，工作氣體沿著氣缸軸線(由點劃線B指出的方向)如箭頭A所示及高溫端1H流到低溫端1C，或者相反。這里，再生器1圍繞它的高溫端1H和低溫端1C的部分對熱再生有特別高程度的貢獻。
如在圖4中所示，在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上，形成含有導(dǎo)熱性比樹脂薄膜2高的組份的樹脂層3，通過與第二實施例中相同的方法使該層離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度。
在這個實施例中，在樹脂薄膜2上形成的樹脂層3離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度，從而比它們形成在整個表面上有較小的面積。因此這有助于減小使用的高導(dǎo)熱性組份的數(shù)量，所以有助于減小成本。還有，由于再生器1的這些部分對熱能回收有較大的貢獻，幾乎不會降低再生器1的性能。
參考附圖將描述本發(fā)明的第四實施例。圖5是表示本發(fā)明第四實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
如在圖5中所示，在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上，形成含有導(dǎo)熱性比樹脂薄膜2高的組份的樹脂層3，以條的形狀按有規(guī)律的間隔沿氣缸軸線布置以便離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度。
在這個實施例中，在樹脂薄膜2上以一定的間隔形成樹脂層3，以便離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度，從而比它們形成在整個表面上有較小的面積。因此這有助于減小使用的高導(dǎo)熱性組份的數(shù)量，所以有助于減小成本。還有由于再生器1的這些部分對熱能回收有較大的貢獻，幾乎不會降低再生器1的性能。
在至今描述的各實施例中，描述的樹脂薄膜2是在它的兩側(cè)表面上都形成樹脂層3。但是，也可能僅在樹脂薄膜的一個表面上形成樹脂層。在那種情況下，就需要較少的墨水，和涂覆僅需要進行一次。這大大地降低了成本。
參考附圖將描述本發(fā)明的第五實施例。圖6是表示本發(fā)明第五實施例再生器結(jié)構(gòu)的透視圖。
如在圖6中所示，在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上，形成聚乙烯或類似物的樹脂涂層4以便離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度。在不需形成樹脂涂層4的樹脂薄膜2表面上的中心部分，事先放上掩膜。然后在樹脂薄膜2的兩側(cè)表面上印刷作為墨水的一種樹脂材料以便獲得涂層。最后清洗和除去掩膜以便得到樹脂涂層4。
在這個實施例中，通過形成樹脂涂層4，樹脂薄膜2的占據(jù)離它的每個邊緣預(yù)定寬度的各部分，即對熱能回收有較大貢獻的各部分，被做得比較厚。這不僅有助于增加熱量儲存容量從而提高熱能回收效率，而且有助于使樹脂薄膜在卷起時較不容易起皺紋。
在這個實施例中，描述的樹脂薄膜2有樹脂涂層4形成在它的兩側(cè)表面上。但是，也可以僅在樹脂薄膜一側(cè)的表面上形成樹脂涂層。在那種情況下，就需要較少的墨水，和涂覆僅需要進行一次。這大大地降低了成本。
參考附圖將描述本發(fā)明的第六實施例。圖7是表示本發(fā)明第六實施例再生器的放大剖面圖。如在圖7中所示，再生器1是由復(fù)合樹脂薄膜20卷成圓筒形而構(gòu)成。復(fù)合樹脂薄膜20是由兩層條狀有樹脂層3的樹脂薄膜21和22組成，樹脂層3如下面描述那樣層壓在它們中間。一層樹脂薄膜21有許多微小突出2a有規(guī)律地形成在它一側(cè)的整個表面上。如在圖7中所示，這些突出2a使相互疊加的復(fù)合樹脂薄膜20的不同卷之間留有間隙。因此，通過這些間隙，如在圖1中所示，工作氣體沿著氣缸軸線如箭頭A所示從高溫端1H流到低溫端1C，或者相反。
在樹脂薄膜22一側(cè)表面上，以薄膜形式形成有比樹脂薄膜22較高導(dǎo)熱性的樹脂層3。將兩層樹脂薄膜21和22放在一起，從而使在其上形成樹脂層3的樹脂薄膜22的表面保持與沒有形成突出2a的樹脂薄膜21的表面的緊密接觸。以這種方式，生產(chǎn)出將樹脂層3層壓在它內(nèi)部的復(fù)合樹脂薄膜20。
在這個實施例中，樹脂層3不暴露在外面，因此它永遠不會脫落。這極大地提高了耐用性。在這種情況下，層壓的樹脂層3可以成形為條狀沿著氣缸軸線按預(yù)定的間隙布置如在圖3中所示，或者可以這樣成形以便離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度如在圖4中所示，或者可以成形成條狀沿著氣缸軸線按預(yù)定的間隙布置以便離再生器1的每個邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度如在圖5中所示。
在上述的所有實施例中，描述的樹脂層或各層3是作為墨水印刷的。但是，它們也可用任何其他的方法形成，例如噴涂、蒸汽蒸鍍、電鍍、或加上薄膜帶。
將上述結(jié)構(gòu)的再生器1放置到環(huán)形空間中以便構(gòu)成一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中使氣體以往復(fù)方式流過那個空間，就有可能實現(xiàn)通用的流動氣體熱再生系統(tǒng)如自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機所示范的那樣。
工業(yè)上的可應(yīng)用性如上所述，按照本發(fā)明，在由條狀樹脂薄膜卷成圓筒形構(gòu)成的再生器中，在樹脂薄膜的表面上，形成比樹脂薄膜有較高導(dǎo)熱性的一層，或者另一種是，形成樹脂涂層以便離再生器的邊緣占據(jù)預(yù)定的寬度。這就增加了再生器中的熱傳導(dǎo)和穩(wěn)定了它的性能。在有這種再生器設(shè)置在環(huán)形空間中的流動氣體熱再生系統(tǒng)中，當(dāng)熱的工作氣體通過它的一端流入再生器時，工作氣體的熱量被儲存在樹脂薄膜中。這里，在樹脂薄膜上形成的有高導(dǎo)熱性的該層或樹脂涂層提高在再生器中的熱傳導(dǎo)。所以，更多的熱量被儲存在樹脂薄膜中。當(dāng)冷的工作流體通過它的另一端流入再生器時，儲存在樹脂薄膜中的熱量被排放給工作氣體。這里，在樹脂薄膜上形成的有高導(dǎo)熱性的該層或樹脂涂層提高在再生器中的熱傳導(dǎo)和增加它的熱容量。所以，更多的熱量被排放給工作氣體。以這種方式，有可能獲得高的熱能回收效率。
特別是，當(dāng)將本發(fā)明的再生器應(yīng)用在自由-活塞-型斯特林-循環(huán)致冷機中時，有可能獲得優(yōu)良的致冷性能。
權(quán)利要求
1.一種再生器，包括卷成圓筒形的條狀樹脂薄膜，其特征在于樹脂薄膜至少在其占據(jù)離邊緣預(yù)定寬度的部分具有多層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的再生器，其特征在于樹脂薄膜有形成在其一個表面上的許多微小突出。
3.如權(quán)利要求1所述的再生器，其特征在于用于形成多層結(jié)構(gòu)的一層有比樹脂薄膜高的導(dǎo)熱性。
4.如權(quán)利要求3所述的再生器，其特征在于有較高導(dǎo)熱性的層是含有高導(dǎo)熱性組份的樹脂層，且有高導(dǎo)熱性的組份是金、銀、銅、鋁和碳中至少一種的微小顆粒。
5.一種再生器，包括卷成圓筒形的條狀樹脂薄膜，其特征在于在樹脂薄膜的一個表面上形成一個比樹脂薄膜有較高導(dǎo)熱性的層。
6.一種再生器，包括卷成圓筒形的條狀樹脂薄膜，該樹脂薄膜包括兩層條狀樹脂薄膜，具有一個導(dǎo)熱性比兩層樹脂薄膜高的層，層壓在兩層樹脂薄膜之間。
7.一種流動氣體熱再生系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至6項中任一項所述的再生器，該再生器設(shè)置在往復(fù)氣體的流道中。
全文摘要
在再生器(1)中，在條狀樹脂薄膜(2)的表面上，形成含有比樹脂薄膜(2)有較高導(dǎo)熱性組份的樹脂層(3)；或者在離再生器(1)邊緣預(yù)定的寬度上，形成樹脂涂層(4)。然后，將樹脂薄膜(2)卷成圓筒形以便生產(chǎn)圓筒形的再生器(1)。在將再生器(1)設(shè)置在環(huán)形空間中的流動氣體熱再生系統(tǒng)中，當(dāng)熱的工作氣體通過它的一端流入再生器(1)時，工作氣體的熱量被儲存在樹脂薄膜(2)中。這里，樹脂薄膜(2)上的樹脂層(3)或樹脂涂層(4)提高了再生器中的熱傳導(dǎo)。所以，更多的熱量被儲存在樹脂薄膜(2)中。當(dāng)冷的工作氣體通過它的另一端流入再生器(1)時，儲存在樹脂薄膜(2)中的熱量被排放給工作氣體。這里，在樹脂薄膜(2)上的樹脂層(3)或樹脂涂層(4)提高在再生器(1)中的熱傳導(dǎo)和增加它的熱容量。所以，更多的熱量被排放給工作氣體。以這種方式，有可能獲得高的熱能回收效率。
文檔編號F25B9/14GK1547655SQ0281651
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者田中章三, M·D·伯喬維茨, 伯喬維茨 申請人:夏普株式會社, 全球冷卻系統(tǒng)公司