CN101479460B - 换热器组件 - Google Patents

换热器组件 Download PDF

Info

Publication number
CN101479460B
CN101479460B CN200780018278XA CN200780018278A CN101479460B CN 101479460 B CN101479460 B CN 101479460B CN 200780018278X A CN200780018278X A CN 200780018278XA CN 200780018278 A CN200780018278 A CN 200780018278A CN 101479460 B CN101479460 B CN 101479460B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
wall
housing
heat exchanger
external rings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200780018278XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101479460A (zh
Inventor
安德烈亚斯·菲德勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Superconductor Technologies Inc
Original Assignee
Superconductor Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Superconductor Technologies Inc filed Critical Superconductor Technologies Inc
Publication of CN101479460A publication Critical patent/CN101479460A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101479460B publication Critical patent/CN101479460B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/055—Heaters or coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/105—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being corrugated elements extending around the tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2255/00—Heater tubes
    • F02G2255/20—Heater fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2256/00—Coolers
    • F02G2256/02—Cooler fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

公开一种用于透过壳体(120)的壁(122)传递热量的换热器组件(200)。所述组件包括：具有外部环(210)的外部换热器，所述外部环(210)设置在所述壳体(120)的外侧并且具有与所述壁(122)的外表面接触的内表面；内部支撑(240)，所述内部支撑(240)设置在所述壳体的内侧并且具有外表面；以及多个内部散热鳍片(230)，所述内部散热鳍片(230)将所述内部支撑(240)的外表面连接至所述壳体的壁(122)的内表面。

Description

换热器组件
本申请为2007年5月17日提交的PCT国际申请，其中美国公司SUPERCONDUCTOR TECHNOLOGIES INC.作为除美国外的所有指定国的申请人，而德国公民Andreas Fiedler仅作为指定国美国的申请人，并且要求2006年5月19日提交的美国临时专利申请No.60/802,174和2007年5月17日提交的美国专利申请No.11/749,782的优先权。
背景技术
本申请涉及换热器。更具体地，本发明涉及用于通过部分壳体壁在壳体的内部和外部之间传递热量的换热器组件。
换热器通常用于在两种介质之间传导热量而不会使两种介质混合。在使用换热器的典型环境中，第一介质通过壁与第二介质隔离。换热器附接于壁的至少一侧并且具有提供足够大的表面积用以建立与周围介质之间的所需的热交换率的结构，所述结构例如是散热鳍片。
举例说明，在斯特林循环机，例如斯特林制冷器或斯特林发动机中，容纳于密封壳体的工作气体中的一部分周期性地压缩和膨胀。由压缩和其它来源产生的热量被传递到壳体的外部从而散逸。换热器的效率对斯特林循环机相对于卡诺效率的效率有重要的影响。用于斯特林循环机的换热器具有多种设计方案。例如，在某些无线电话网络的基站所采用的用于冷却超导体滤波电路的制冷器中，用于从工作气体散逸热量的换热器组件包括外部换热器。外部换热器包括散热鳍片，所述散热鳍片围绕制冷器壳体的圆柱状部分沿圆周分布并且自该圆柱状部分径向突出。散热鳍片由一个或多个导热体的折叠片制成，例如由铜片制成，并且通过焊接、铜焊或使用粘合剂固定于壳体。通常还使用内部换热器将热量从工作气体传递到壳体。
用于这种应用中的制冷器壳体通常由不锈钢构造，相比铜和铝，不锈钢是不良的导热体。因此壳体壁通常比较薄(壁厚通常小于1毫米)，用以使壁内部的径向温度的变化率最小，从而使得换热器的区域内具有最大的热传导和最佳排热。但是，减小的壳体壁厚度导致沿圆周方向相对较高的热阻或不良的导热率。为了使换热器正常工作，热量需要沿圆周方向充分传导至热辐射结构的基部，因此沿圆周方向热传导的高热阻是不期望的。
美国专利6,446,336(“’336专利”)公开了一种用于透过壳体壁传递热量的换热器。该换热器具有外部环，所述外部环座靠在部分壳体的外表面并且支撑径向向外突出的外部散热鳍片。该换热器进一步具有内部环，所述内部环座靠在部分壳体壁的内表面并且支撑径向向内突出的内部散热鳍片。所公开的换热器具有某些超过现有的传热技术的优点以及结构特征。但是，在某些应用中，需要具有刚性的内部散热鳍片，例如机制散热鳍片。制造如’336专利所述的具有向内突出构造的散热鳍片是非常困难的。而且，在一些应用中，需要使内部散热鳍片的尖端所限定的内部通路与斯特林循环机的壳体和/或例如压缩机膛孔之类的其它部件高度同心。例如，经常需要这种精确的对准来实现固定部件和移动部件之间期望的紧公差，如斯特林循环机中的内部换热器和排出器之间以及压缩机膛孔和与排出器同轴心的压缩活塞之间。使用’336专利中公开的构造，很难实现所期望的对准精确度。
基于这些和其它原因，需要一种改进的换热器组件。
发明内容
本发明公开一种改进的换热器组件。在本发明的一个实施方式中，由例如铜或铝之类的导热体制成的外部环安置在外部散热鳍片和壳体壁的外表面之间，从而提供自壳体壁至外部散热鳍片的改善的热量分布。由例如铜或铝之类的导热体制成的内部支撑安置在壳体壁的内侧并且支撑抵接于壳体壁的内表面的内部散热鳍片。至少部分外部环和至少部分内部散热鳍片夹置至少部分壳体壁。内部支撑提供结构支撑使得内部散热鳍片通过包括冷缩配合在内的多种方法与壳体壁直接接触。内部散热鳍片能够压配合于壳体壁、冷缩配合于壳体壁或者粘结于壳体壁，而外部环也能够压配合于壳体壁、冷缩配合于壳体壁或者粘结于壳体壁。
在本发明的另一个实施方式中，一种斯特林循环机的部件包括：壳体，所述壳体包括限定内部气体容积并且适于在内部气体容积内密封工作气体的壁，所述内部工作气体容积包括使工作气体承受间歇的压缩和膨胀的压缩区域；外部环，所述外部环设置在壳体的外侧并且具有与壁的外表面接触的内表面；多个自外部环突出的外部散热鳍片；设置在壳体内侧并且具有外表面的内部支撑；以及多个内部散热鳍片，所述内部散热鳍片将所述内部支撑的外表面连接至壳体的壁的内表面。至少部分外部环和至少部分内部散热鳍片夹置至少部分壳体壁。
在本发明的又一个实施方式中，换热器组件包括：外部环，所述外部环设置在壳体外侧并且具有与壁的外表面接触的内表面；多个自外部环向外突出的外部散热鳍片；以及多个自壁的内表面向内突出的内部散热鳍片。至少部分外部环和至少部分内部散热鳍片夹置至少部分壳体壁。内部散热鳍片能够通过包括铜焊和钎焊在内的方法附接至壳体壁的内表面。
在本发明的再一个实施方式中，用于制造透过壳体的壁传递热量的换热器组件的方法包括：将外部环安置在壳体的外侧使得外部环的内表面与壁的外表面接触；将多个外部散热鳍片安置在外部环上；将内部支撑安置在壳体的内侧；使用多个内部散热鳍片连接壁的内表面和内部支撑的外表面，使得至少部分内部散热鳍片和至少部分外部环夹置至少部分壳体壁。内部散热鳍片能够冷缩配合于壳体壁，而外部环能够冷缩配合到壳体壁上。
附图说明
本发明的其它目的和优点将通过阅读下列详细说明和参照附图变得显而易见，其中：
图1示意性地示出了本发明实施方式中的斯特林制冷器；
图2示出了图1所示的斯特林制冷器的换热器组件的横截面图；
图3示出了本发明另一个实施方式中的外部散热鳍片的一部分；
图4示出了本发明的可替代实施方式中的外部散热鳍片的一部分；
图5是本发明的可替代实施方式中的内部换热器的立体图；
图6是图5所示的内部换热器的横截面图；
图7(a)是本发明实施方式中的斯特林制冷器的一部分的横截面示意图，示出了外部环和内部散热鳍片夹置部分壳体壁；以及
图7(b)是本发明实施方式中的制冷器的一部分的横截面示意图，示出了部分外部环和部分内部散热鳍片夹置部分壳体壁；
图8示出了本发明另一个可替代实施方式的横截面示意图；
图9示出了本发明又一个可替代实施方式的横截面示意图。
尽管本发明允许各种改型和可替代形式，但是其特定的实施方式以示例的形式示于附图中并且在此处详细描述。但是，应当理解，此处对特定实施方式的说明并不使本发明限于所公开的具体形式，相反，如所附权利要求限定的，本发明涵盖所有落入本发明的精神和范围内的改型、等同物和替代物。
具体实施方式
将参照附图详细描述各种实施方式，其中，几幅视图中始终采用相似的附图标记来表示相似的部分和组件。参考各种实施方式并不对在此所附的权利要求的范围构成限制。而且，本说明书中所述的任何示例都不具有限制性，而仅仅是提出所附权利要求的多种可能的实施方式中的一些示例。具体地，尽管此处所述的实施方式以例如斯特林制冷器的斯特林循环机为背景描述，但是不限于斯特林循环机的其它实施方式也是可能的。
参照图1，在本发明的一个实施方式中，换热器组件用于斯特林循环机中，所述斯特林循环机被构造成制冷器100，该制冷器100包括沿纵向轴线150设置有不同直径的部分的密封筒状壳体120。壳体120内部的气体空间通过密封件大体分为工作空间124和缓冲空间126。壳体120在其一端包括容纳排出器组件114的冷指110。冷指110还包括冷端换热器或受热器单元112用于将热量从壳体120的外部传递至工作空间124内限定的工作气体。在制冷器壳体120的内部容积中还包括线性电动机170和活塞180，所述活塞180由电动机驱动用以在压缩区域160中压缩和膨胀部分工作气体。制冷器100进一步包括还用于将受热器单元112安置在真空室内的真空法兰130。另外，将热端换热器组件200安置为与压缩区域160热接触从而使热量自工作气体散逸至壳体120的外部。
包括斯特林制冷器在内的斯特林循环机的大体结构和操作在本领域内是公知的。例如，由单片不锈钢抽伸而成的、壳体部分具有不同直径的斯特林制冷器公布在2003年12月5日提交的美国专利申请序列号No.10/729,719中，并且其在2006年11月21日被授权公告为美国专利No.7,137,259。前述的美国专利No.7,137,259通过参考在此引用。
参照图2，在这一说明性的实施方式中的热端换热器组件200包括位于壳体120的壳体壁122外侧的外部散热鳍片220和座靠在壳体壁122的外表面并且支撑外部散热鳍片220的外部环210。该组件进一步包括位于壳体120的壳体壁122的内侧的内部散热鳍片230。组件200进一步包括设置于内部散热鳍片230内侧并且与内部散热鳍片230接触的内部支撑元件240。至少部分外部环210和至少部分内部散热鳍片230夹置至少部分壳体壁。即，至少部分外部环210和至少部分内部散热鳍片230沿纵向轴线150占据相同的轴向位置范围(如图7(a)和7(b)所示的示例中的l)。
在本发明的说明性实施方式中，内部支撑元件240和内部散热鳍片230整体形成。即，内部支撑元件240和内部散热鳍片230都是由单个初始件制造而成。例如，能够通过使用机器加工、水切割、激光切割、化学蚀刻以及其它合适的工艺从初始件去除材料使鳍片形成在内部支撑元件240上。内部散热鳍片230和内部支撑元件240的整体结构还能够通过模制铸造、粉末冶金以及用于制造金属部件的任何其它合适的工艺形成。可替代地，内部散热鳍片能够与内部支撑元件240分别形成，然后通过包括焊接、铜焊和钎焊在内的任何合适的工艺附接至内部支撑元件240。
内部散热鳍片230能够通过包括压配合、冷缩配合和使用传导性的粘合剂粘结在内的多种合适的方法固定于壳体壁122。在这一说明性的实施方式中，内部散热鳍片230通过冷缩配合固定于壳体壁122。承受冷缩配合处理的必要硬度由内部散热鳍片230和内部支撑元件240的复合结构提供。在这种情况下，内部支撑元件240和内部散热鳍片230由铝制成，其热膨胀系数大于由不锈钢制成的壳体壁122。还能够使用其它合适材料的组合。例如，能够使用铜及其合金或者其它具有较高导热率的材料。在内部散热鳍片的热膨胀系数与壳体壁的热膨胀系数相近使得冷缩配合可能不合适的情况下，例如对于铜来说，则可以使用例如压配合和粘结等其它方法将内部散热鳍片230固定于壳体壁122。在通过冷缩配合将内部散热鳍片230附接至壳体壁122的过程中，散热鳍片230和内部支撑240的组件在安置于壳体壁122的内侧之前先放置在例如液氮等具有低于壳体壁122的温度的介质中。随着升温，散热鳍片230和内部支撑240的组件与壳体壁122形成冷缩配合。可替代地，可以在壳体壁122滑套于内部散热鳍片230之前对壳体壁122进行加热然后使其冷却。冷缩配合使得内部散热鳍片230附接于壳体壁122而无需例如焊接、铜焊和钎焊等可能向被结合的部件引入不均匀形变的结合工艺。
对于某些应用，例如在具有排出器的斯特林循环机中，如图2所示，能够在内部支撑240中形成内表面250，用以收容穿过内表面250限定的开孔移动的滑动元件(例如排出器)。而且，说明性实施方式中的内表面250通过打磨或搪磨而与斯特林循环机的壳体120和/或其它部件同心，所述其它部件例如是压缩机膛孔，并且内表面250足够光滑以用作滑动元件的轴承表面和/或密封件。例如，在斯特林制冷器的实施方式中，内表面250的尺寸设置为收容排出器并且具有必要的公差和光滑度用以形成排出器密封件并且用于实现排出器气体轴承，所述排出器气体轴承具有导气孔用以排放排出器表面和内部支撑240的内表面250之间的加压气体。
再次参照图2，外部环210设置于壳体壁122和外部散热鳍片220之间并且与壳体壁122和外部散热鳍片220接触。在本发明的这一说明性实施方式中，外部环210是沿圆周包围壳体壁122的圆筒状的环。在这一说明性实施方式中，外部环210由相比制成壳体壁122的材料具有较高的导热率的材料制成。例如，壳体壁通常由不锈钢制成。在这种情况下，可以使用铜、铝或它们相应的合金或者具有较高导热率的材料制造外部环。
如上文所指出的，沿圆周方向的热流阻低对于换热器的正常工作是非常重要的，现有技术通过同时使用外部环和内部环处理这一问题。在这方面，本发明的说明性实施方式采用单独的外部环210来实现和现有技术中所使用的两个环相同的功能，从而减少了所需部件并且简化了生产过程。
外部环210能够通过多种方法固定至壳体壁122。例如，能够使用具有良好导热特性的粘合剂将外部环210粘结至壳体壁122，所述具有良好导热特性的粘合剂例如是具有嵌入树脂的金属微粒的导热粘合剂。外部环210还能以与上述的内部散热鳍片冷缩配合于壳体内侧类似的方式，通过压配合、冷缩配合或其它方法连接至壳体壁122。例如，能够在铝制外部环210滑套于不锈钢壳体120的一部分之前对铝制外部环210进行加热，然后冷却，从而冷缩配合到壳体120上。在本发明的另一个实施方式中，在进行冷缩配合之前，将密封层应用于外部环210和壳体壁122之间用以密封外部环210和壳体壁122之间的任何间隙。这在外部环连接于气密室法兰(例如斯特林制冷器中的真空法兰)或作为气密室法兰的一部分使用的应用中是非常有用的。能够使用领域内公知的多种密封层以适应具体的应用。
除了导出壳体壁122的热量，外部环210还用于提高如上所述通常很薄的壳体壁122的结构完整性。在斯特林冷却器的应用中，壳体120的内部通常是增压的。因此，在斯特林冷却器的应用中从外部加固壳体壁122是特别需要的并且通常是更加有效的。
外部散热鳍片220能够通过包括焊接、铜焊和用粘合剂粘结在内的多种方法固定至外部环210。像上述用于制造内部散热鳍片230的方法一样，外部散热鳍片220能够由与外部环210相同的初始件材料制成，而不是将外部散热鳍片220固定至外部环210。
作为上述构造的替换，散热鳍片220和230能够由一个或多个薄金属折叠片构造，所述金属例如是铜。折叠片能够根据需要通过多种方式成形以适应具体的设计。例如，进一步参照图3，外部散热鳍片320包括由一个或多个薄铜折叠片构成的鳍片322，但也能够通过其它导热体并且能够以其它适应特定应用的形式构成。例如，如图4所示，外部散热鳍片420的散热鳍片422能够由单独铜片构成。
在本发明的另一个说明性实施方式中，如图5和图6所示，与上述说明性实施方式中的内部换热器类似，内部换热器500包括内部散热鳍片530和内部支撑元件540。而且，环形部590与内部散热鳍片530和内部支撑元件540连接。本实施方式中的环形部590在外侧与散热鳍片530在径向上同样延伸而在内侧限定室592，该室592与内部散热鳍片530之间的沟槽532流体连通。当内部换热器500安装在壳体120内时，换热器500的纵向轴线550与壳体120的纵向轴线150对齐，环形部590和壳体壁122形成工作空间和缓冲空间之间的密封。
在这一示例中，换热器500、环形部590、内部散热鳍片530和内部支撑元件540是整体件，其通过在圆柱状原材料上沿该原材料的部分长度切割出沟槽532(即内部散热鳍片530之间的空间)制成。还能够使用环形部590、内部散热鳍片530和内部支撑元件540的非整体构造。
如上述某些其它的实施方式，内部换热器500能够通过压配合、冷缩配合或者其它粘结方法固定于壳体120，其中内部散热鳍片530和环形部590都与壳体壁122接触。在环形部590、内部散热鳍片530和内部支撑元件540是整体件的示例中，整个换热器500能作为整体固定于壳体120。在使用环形部590、内部散热鳍片530和内部支撑元件540的非整体构造的情况下，环形部590和内部散热鳍片530能够通过压配合、冷缩配合或者其它粘结方法固定于壳体120。内部支撑元件540能够进一步压配合于内部散热鳍片530的内部、冷缩配合于内部散热鳍片530的内部或者粘结于内部散热鳍片530的内部。而且，由于具有外部环210，能够在环形部590和壳体壁122之间应用密封剂以消除它们之间的任何间隙从而进一步保证气密密封。
在本发明的另一个实施方式中，去掉了内部支撑元件540，内部散热鳍片530完全由环形部590支撑。
本发明的另一个可替换实施方式示意性地示于图8。在这一实施方式中，换热器组件800包括与图2所示的换热器200相似的部件，但是不具有外部散热鳍片。这一说明性实施方式中的交换器组件800包括座靠在壳体壁122的外表面的外部环810。组件800进一步包括设置在壳体壁122内侧的内部散热鳍片830。组件800进一步包括设置在内部散热鳍片830内侧并且与内部散热鳍片830接触的内部支撑元件840。
图8所示的实施方式能够任选地进一步包括附加的传热结构或者用于附接附加的传热结构的设备，以用于向外部环810或者自外部环810传递热量。如图8中的标记850象征性地所指的，这些结构和设备能够包括安装在外部环810的表面上的管道或者形成在外部环810内部的槽，用于传送例如水等传热流体。所述结构和设备还可以包括散热器，所述散热器例如是一定体积的具有大热质量的材料。进一步的示例包括位于外部环810上的用于固定传热结构的凹部、凸部或者其它结构。
在本发明的另一个示意性地示于图9的说明性实施方式中，换热器组件900包括位于壳体壁122内侧的内部散热鳍片930和设置在内部散热鳍片930内侧并且与内部散热鳍片930接触的内部支撑元件940。与某些其它说明性实施方式不同，在这种情况下的换热器组件900不具有环形的外部换热器部分。取而代之，换热器组件900包括其它的外部传热结构或者用于附接外部传热结构的设备，用于向壳体壁122或者自壳体壁122传递热量。如图9中的标记950象征性地所指的，这些结构和设备能够包括安装在壳体壁122的外表面上的管道。所述结构和设备还能够包括散热器，所述散热器例如是一定体积的具有大热质量的材料。所述的一定体积的材料能够进一步包括用于传送例如水、其它流体或者气体之类的传热流体的沟槽952。进一步的示例包括位于壳体壁122上的用于固定传热结构的凹部、凸部或者其它结构。
因此，本发明的说明性实施方式提供了若干超过现有技术的装置和方法的优点。这些优点包括：易于加工自内部支撑向外突出的内部散热鳍片；通过冷缩配合方法使内部散热鳍片与壳体接触的通用性；用于形成气体轴承和/或密封件的内部支撑的内表面的精确定位的通用性，其中滑动元件沿内表面可移动地设置。
上文所参照的所有专利和专利申请公开文献通过参考引入此处。本领域普通技术人员在本发明的教导的启示下，能够通过不同的但是等效的方式进行更改或实施本发明，这是显而易见的，因此上文所公开的具体的实施方式仅用作说明用途。而且，除了权利要求之外，不限制于此处所示的构造或设计的细节。因此很明显，上文所公开的具体的实施方式能够进行变更或修改，并且所有这些改型都认为落入本发明的范围和精神内。因此，此处所寻求的保护如权利要求所述。

Claims (42)

1.一种用于透过壳体的壁传递热量的换热器组件，所述组件包括：
外部换热器，所述外部换热器包括外部环，所述外部环设置在所述壳体的外侧并且具有与所述壁的外表面接触的内表面；
设置在所述壳体内侧并且具有外表面的内部支撑；以及
多个平的内部散热鳍片，所述内部散热鳍片将所述内部支撑的外表面连接至所述壳体的壁的内表面，至少部分所述外部环和至少部分所述内部散热鳍片夹置至少部分所述壳体的壁。
2.如权利要求1所述的换热器组件，其中，所述内部散热鳍片与所述内部支撑整体形成。
3.如权利要求2所述的换热器组件，其中，所述外部环冷缩配合在所述壳体上而所述内部支撑和所述内部散热鳍片冷缩配合在所述壳体内。
4.如权利要求3所述的换热器组件，其中，所述外部环、所述内部支撑和所述内部散热鳍片由热膨胀系数大于所述壁的材料制成。
5.如权利要求4所述的换热器组件，其中，所述外部环、所述内部支撑和所述内部散热鳍片由铝制成。
6.如权利要求1所述的换热器组件，其中，所述外部换热器进一步包括多个自所述外部环向外突出的外部散热鳍片。
7.如权利要求6所述的换热器组件，其中，所述外部散热鳍片焊接于所述外部环、钎焊于所述外部环或者通过导热粘合剂粘结于所述外部环。
8.如权利要求1所述的换热器组件，其中，所述内部支撑进一步包括内表面。
9.如权利要求8所述的换热器组件，其中，所述内部支撑的内表面适于与沿所述内部支撑的内表面可移动地设置的滑动元件形成密封部分和/或气体轴承。
10.如权利要求8所述的换热器组件，进一步包括连接于所述内部支撑或者所述内部散热鳍片并且具有外表面的固体环形部，当所述环形部安装在所述壳体内时，所述环形部的外表面构造成与所述壳体的壁的内表面接触。
11.如权利要求10所述的换热器组件，其中，所述环形部与所述内部支撑和/或所述内部散热鳍片整体形成。
12.如权利要求11所述的换热器组件，进一步包括所述环形部的外表面上的密封剂。
13.如权利要求1所述的换热器组件，其中，所述外部换热器进一步包括与所述外部环热接触并且适于自所述外部环或向所述外部环传递热量的传热结构。
14.如权利要求13所述的换热器组件，其中，所述传热结构包括适于传送传热流体的管道或沟槽。
15.如权利要求1所述的换热器组件，其中，所述外部环包括适于将传热结构固定至所述外部环的安装结构。
16.一种斯特林循环机的部件，包括：
壳体，所述壳体包括限定内部容积并且适于在所述内部容积内密封工作气体的壁，所述内部容积包括使工作气体承受间歇的压缩和膨胀的压缩区域；
包括外部环的外部换热器，所述外部环设置在所述壳体外侧并且具有与所述壁的外表面接触的内表面；
多个连接至所述外部环的外部散热鳍片；
设置在所述壳体内侧并且具有外表面的内部支撑；以及
多个平的内部散热鳍片，所述内部散热鳍片将所述内部支撑的外表面连接至所述壳体的壁的内表面，至少部分所述外部环和至少部分所述内部散热鳍片夹置至少部分所述壳体的壁。
17.如权利要求16所述的部件，其中，所述内部散热鳍片与所述内部支撑整体形成。
18.如权利要求17所述的部件，其中，所述外部环冷缩配合在所述壳体上而所述内部支撑和所述内部散热鳍片冷缩配合在所述壳体内。
19.如权利要求18所述的部件，其中，所述外部环、所述内部支撑或所述内部散热鳍片由热膨胀系数大于所述壁的材料制成。
20.如权利要求18所述的部件，进一步包括在所述外部环和所述壳体之间的密封剂。
21.如权利要求19所述的部件，其中，所述外部环、所述内部支撑或所述内部散热鳍片由铝制成，并且，其中所述壳体的壁由至少部分与所述外部环和所述多个内部散热鳍片接触的不锈钢制成。
22.如权利要求16所述的部件，其中，所述内部支撑包括内表面。
23.如权利要求22所述的部件，其中，所述内部支撑的内表面适于与沿所述内部支撑的内表面可移动地设置的滑动元件形成密封部分和/或气体轴承。
24.一种用于透过壳体的壁传递热量的换热器组件，所述组件包括：
外部环，所述外部环设置在所述壳体的外侧并且具有与所述壁的外表面接触的内表面；
多个自所述外部环向外突出的外部散热鳍片；以及
多个自所述壁的内表面向内延伸的平的内部散热鳍片，至少部分所述外部环和至少部分所述内部散热鳍片夹置至少部分所述壳体的壁。
25.如权利要求24所述的换热器组件，其中，所述内部散热鳍片铜焊于所述壁的内表面、钎焊于所述壁的内表面或者通过导热粘合剂粘结于所述壁的内表面。
26.如权利要求24所述的换热器组件，其中，所述内部散热鳍片冷缩配合至所述壳体。
27.如权利要求24所述的换热器组件，其中，所述外部散热鳍片冷缩配合至所述外部环。
28.如权利要求24所述的换热器组件，进一步包括连接于所述内部散热鳍片并且具有外表面的固体环形部，当所述环形部安装在所述壳体内时，所述环形部的外表面构造成与所述壳体的壁的内表面接触。
29.如权利要求28所述的换热器组件，其中，所述环形部与所述内部散热鳍片整体形成。
30.一种用于制造透过壳体的壁传递热量的换热器组件的方法，所述方法包括：
安置包括位于所述壳体外侧的外部环的外部换热器，使得所述外部环的内表面与所述壁的外表面接触；
将多个外部散热鳍片安置在所述外部环上；
将内部支撑安置在所述壳体内侧；以及
使用多个平的内部散热鳍片连接所述壁的内表面和所述内部支撑的外表面，使得至少部分所述内部散热鳍片和至少部分所述外部环夹置至少部分所述壳体的壁。
31.如权利要求30所述的方法，进一步包括由同一坯件材料构造所述内部支撑和所述多个内部散热鳍片。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述构造的方法包括通过从所述坯件去除材料而形成包括所述内部支撑和所述内部散热鳍片的整体部件。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述去除的方法包括机器加工。
34.如权利要求30所述的方法，进一步包括形成穿过所述内部支撑的开孔。
35.如权利要求30所述的方法，其中，安置所述外部环的方法包括将所述外部环冷缩配合到所述壳体上；而使用所述内部散热鳍片连接所述壁的内表面和所述内部支撑的外表面的方法包括将所述内部散热鳍片和所述内部支撑紧靠所述壳体的壁冷缩配合到所述壳体的壁的内侧。
36.如权利要求35所述的方法，其中，将所述外部环冷缩配合到所述壳体上的方法包括使所述外部环受到比所述壳体高的温度，并且使所述内部散热鳍片和内部支撑受到比所述壳体低的温度。
37.如权利要求35所述的方法，进一步包括将多个外部散热鳍片冷缩配合到所述外部环。
38.如权利要求35所述的方法，进一步包括在所述外部环和所述壳体的壁之间应用密封剂。
39.一种用于透过壳体的壁传递热量的换热器组件，所述组件包括：
内部支撑，所述内部支撑设置在所述壳体内侧并且具有外表面；以及
多个平的内部散热鳍片，所述内部散热鳍片将所述内部支撑的外表面连接至所述壳体的壁的内表面。
40.如权利要求39所述的换热器组件，进一步包括与所述壳体的壁的外表面热接触的外部传热结构，至少部分所述外部传热结构和至少部分所述内部散热鳍片夹置至少部分所述壳体的壁。
41.如权利要求40所述的换热器组件，其中，所述传热结构包括适于传送传热流体的管道或沟槽。
42.如权利要求39所述的换热器组件，进一步包括适于将传热结构固定至所述壳体的壁的安装结构。
CN200780018278XA 2006-05-19 2007-05-17 换热器组件 Expired - Fee Related CN101479460B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US80217406P 2006-05-19 2006-05-19
US60/802,174 2006-05-19
PCT/US2007/011949 WO2007136775A2 (en) 2006-05-19 2007-05-17 Heat exchanger assembly
US11/749,782 US20070266714A1 (en) 2006-05-19 2007-05-17 Heat exchanger assembly
US11/749,782 2007-05-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101479460A CN101479460A (zh) 2009-07-08
CN101479460B true CN101479460B (zh) 2011-05-25

Family

ID=38710726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780018278XA Expired - Fee Related CN101479460B (zh) 2006-05-19 2007-05-17 换热器组件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20070266714A1 (zh)
EP (1) EP2019920A2 (zh)
JP (1) JP2009537787A (zh)
KR (1) KR20090018970A (zh)
CN (1) CN101479460B (zh)
WO (1) WO2007136775A2 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8157001B2 (en) 2006-03-30 2012-04-17 Cooligy Inc. Integrated liquid to air conduction module
JP2008138991A (ja) * 2006-12-05 2008-06-19 Sanyo Electric Co Ltd 加熱タンク及び貯湯タンク
DE102007062150A1 (de) * 2007-09-14 2009-04-02 Thales Electron Devices Gmbh Vorrichtung zur Ableitung von Verlustwärme sowie Ionenbeschleunigeranordnung und Wanderfeldröhrenanordnung mit einer Wärmeleitanordnung
US20090225514A1 (en) 2008-03-10 2009-09-10 Adrian Correa Device and methodology for the removal of heat from an equipment rack by means of heat exchangers mounted to a door
US8299604B2 (en) 2008-08-05 2012-10-30 Cooligy Inc. Bonded metal and ceramic plates for thermal management of optical and electronic devices
US20110073292A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Madhav Datta Fabrication of high surface area, high aspect ratio mini-channels and their application in liquid cooling systems
US8811439B2 (en) 2009-11-23 2014-08-19 Seminex Corporation Semiconductor laser assembly and packaging system
CN101846014B (zh) * 2010-05-21 2012-06-27 杨永顺 热气机
CN102297410A (zh) * 2010-06-23 2011-12-28 宝霖科技股份有限公司 采用主动式散热以提升散热效能的散热结构及灯具结构
CN102080941A (zh) * 2011-02-12 2011-06-01 亓登利 双腔复合传导管
US9612044B2 (en) 2012-09-13 2017-04-04 Raytheon Company Cryocooler having variable-length inertance channel for tuning resonance of pulse tube
CN103437106A (zh) * 2013-09-10 2013-12-11 吴江涵辉纺织有限公司 一种拉幅定型机的换热管
DE102014218923A1 (de) * 2014-09-19 2016-03-24 Mahle International Gmbh Wärmeübertrager zum Temperieren von Energiespeicherelementen eines Energiespeichers
DE102018212820A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Mahle International Gmbh Sorptionswärmeübertragungsmodul
JP7035477B2 (ja) * 2017-11-21 2022-03-15 株式会社ノーリツ 熱交換器および温水装置
CN108037473B (zh) * 2017-12-08 2021-03-16 上海联影医疗科技股份有限公司 磁共振成像系统及其低温保持器结构
CN109630311A (zh) * 2019-02-13 2019-04-16 张鸣 内热式环形发动机

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2102581A (en) * 1936-08-19 1937-12-14 Arthur W Mcneish Automobile heater
US2688228A (en) * 1947-06-06 1954-09-07 Hartford Nat Bank & Trust Co Heat exchanger for hot gas engines
US2643863A (en) * 1948-09-09 1953-06-30 Hydrocarbon Research Inc Recuperative heat exchanger and process of producing same
US2616672A (en) * 1949-08-17 1952-11-04 Hartford Nat Bank & Trust Co Heat exchanger
US2678808A (en) * 1949-11-23 1954-05-18 Jr John R Gier Sinuous wire structural and heat exchange element and assembly
DE871610C (de) * 1950-09-04 1953-03-23 Philips Nv Verfahren zur Herstellung einer Zylinderwand
US2784570A (en) * 1952-03-08 1957-03-12 Hartford Nat Bank & Trust Co Hot-gas reciprocating engine for refrigerating
US3002729A (en) * 1955-06-20 1961-10-03 Brown Fintube Co Tube with external fins
US3717993A (en) * 1970-11-02 1973-02-27 Gen Motors Corp Preheater assembly for stirling engine
US3868754A (en) * 1973-09-21 1975-03-04 Hatsuo Kawano Method of manufacturing a finned-tube heat exchanger
US4209061A (en) * 1977-06-02 1980-06-24 Energy Dynamics, Inc. Heat exchanger
US4348794A (en) * 1978-05-05 1982-09-14 International Telephone And Telegraph Corporation Double-walled finned heat transfer tube
US4452303A (en) * 1980-08-07 1984-06-05 Wavin B. V. Device and a method for recovering heat from the soil
US4419802A (en) * 1980-09-11 1983-12-13 Riese W A Method of forming a heat exchanger tube
US4527394A (en) * 1984-01-17 1985-07-09 Corey John A Heater head for stirling engine
JPS63118594A (ja) * 1986-11-05 1988-05-23 Mitsubishi Electric Corp 熱機関の低温側熱交換器
JP2500447Y2 (ja) * 1991-03-28 1996-06-05 サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド ボルマイア―ヒ―トポンプ
DE4219583A1 (de) * 1992-06-15 1993-12-16 Eder Franz X Vorrichtung zur Wärmeübertragung bei hoher Temperatur auf das Arbeitsmedium von Regenerativ-Arbeits- oder Wärmemaschinen
JP2716922B2 (ja) * 1993-03-09 1998-02-18 住友重機械工業株式会社 スターリング冷却器用圧縮機
DE4401247C2 (de) * 1994-01-18 1998-10-08 Bosch Gmbh Robert Wärmeübertrager
TW426798B (en) * 1998-02-06 2001-03-21 Sanyo Electric Co Stirling apparatus
JPH11237130A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Daikin Ind Ltd 冷凍機システムの冷却装置
US6446336B1 (en) * 1999-09-03 2002-09-10 Sunpower, Inc. Heat exchanger and method of constructing same
US6266963B1 (en) * 1999-10-05 2001-07-31 The Coca-Cola Company Apparatus using stirling cooler system and methods of use
JP2001349247A (ja) * 2000-06-08 2001-12-21 Twinbird Corp スターリングサイクル機関
JP3563679B2 (ja) * 2000-09-01 2004-09-08 シャープ株式会社 スターリング冷凍機用熱交換器及び熱交換器体
US7225859B2 (en) * 2000-09-01 2007-06-05 Sharp Kabushiki Kaisha Heat exchanger element and heat exchanger member for a stirling cycle refrigerator and method of manufacturing such a heat exchanger member
US20020084065A1 (en) * 2001-01-04 2002-07-04 Tamin Enterprises Fluid heat exchanger
KR20020090622A (ko) * 2001-05-28 2002-12-05 주명자 스터링기기의 열교환기 구조
KR100831793B1 (ko) * 2002-02-04 2008-05-28 엘지전자 주식회사 쿨러
JP4189855B2 (ja) * 2003-12-03 2008-12-03 ツインバード工業株式会社 フィン構造体
US7137259B2 (en) * 2003-12-05 2006-11-21 Superconductor Technologies Inc. Cryocooler housing assembly apparatus and method
KR100644825B1 (ko) * 2004-01-29 2006-11-13 엘지전자 주식회사 극저온 냉동기
US20050268605A1 (en) * 2004-06-02 2005-12-08 Wood James G Method and apparatus for forming a heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009537787A (ja) 2009-10-29
WO2007136775A3 (en) 2008-03-20
CN101479460A (zh) 2009-07-08
WO2007136775A2 (en) 2007-11-29
US20070266714A1 (en) 2007-11-22
KR20090018970A (ko) 2009-02-24
EP2019920A2 (en) 2009-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101479460B (zh) 换热器组件
JP4541694B2 (ja) スターリン・エンジンの熱システムの改良
KR101654587B1 (ko) 카트리지 기반 열전 시스템
US8181461B2 (en) Coolant penetrating cold-end pressure vessel
US7000390B2 (en) Stirling cycle engine or heat pump with improved heat exchanger
US20100257858A1 (en) Piston engine and stirling engine
JP3796498B2 (ja) スターリングエンジン
US6446336B1 (en) Heat exchanger and method of constructing same
JP2009047152A (ja) フリーピストン型スターリングサイクルサイクル機関
CN211953778U (zh) 换热装置
JP2005121345A (ja) 板型ヒートパイプおよびその製造方法
CN110267497B (zh) 一种电子设备散热方法及散热器
US20230344301A1 (en) Electric motor with integrated heat exchanger
JPH11223401A (ja) 熱機関用の熱交換器
CN215984184U (zh) 一种耐热高效换热无缝钢管
WO2003049133A3 (en) Electron collector
JPH11223400A (ja) 熱機関用の熱交換器
CN113027729A (zh) 一种具有高效散热功能的空压机
CN116648594A (zh) 热传导部件、热交换装置
CN112628007A (zh) 一种多叠层隔热材料气缸套结构
JP2012211720A (ja) 熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110525

Termination date: 20200517

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee