DE60320681T2 - Regenerator, verfahren zur herstellung des regenerators, system zur herstellung des regenerators und stirling-kältemaschine - Google Patents

Regenerator, verfahren zur herstellung des regenerators, system zur herstellung des regenerators und stirling-kältemaschine Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Regenerator, der dadurch hergestellt wird, dass ein filmförmiges Harzelement aufgeschichtet wird, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen des Regenerators sowie eine mit dem Regenerator versehene Stirling-Kältemaschine.
  • Hintergrundbildende Technik
  • In den letzten Jahren haben Stirlingmaschinen aus dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung, des Umweltschutzes und dergleichen eine Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Eine Stirlingmaschine ist ein Motor mit externer Verbrennung, der einen reversiblen Stirlingzyklus unter Ausnutzung einer externen Wärmequelle realisiert, was hinsichtlich der Energieeinsparung und geringer Verschmutzung im Vergleich zu einem Motor mit interner Verbrennung ist, der einen Brennstoff mit hervorragender Entflammbarkeit und Zündfähigkeit, wie Benzin, benötigt.
  • Eine Stirling-Kältemaschine ist in weitem Umfang als Anwendung einer Stirlingmaschine bekannt. Eine Stirling-Kältemaschine nutzt einen umgekehrten Stirlingzyklus zum Erzeugen von Kältetemperaturen. Nachfolgend wird der Aufbau einer Stirling-Kältemaschine unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • Wie es in der 22 dargestellt ist, verfügt eine Stirling-Kältemaschine über einen Zylinder 20 mit einem Innenraum, der mit einem inaktiven Gas wie Wasserstoff oder Helium als Arbeitsgas gefüllt ist. In den Zylinder 20 sind ein Kolben 27 und ein Verdränger 26 eingesetzt, die den Raum im Zylinder 20 in einen Kompressionsraum 28 und einen Expansionsraum 29 unterteilen. Der Kolben 27 wird durch einen Linearmotor 30 angetrieben. Der Kolben 27, der über eine Feder 32 mit einem Körpergehäuse 23 verbunden ist, bewegt sich sinusförmig auf periodische Weise im Zylinder 20. Der Verdränger 26, der die Kraft der Sinusbewegung des Kolbens 27 empfängt, bewegt sich im Zylinder 20 hin und her. Da der Verdränger 26 ebenfalls über eine Feder 31 mit dem Körpergehäuse 23 verbunden ist, bewegt er sich sinusförmig auf periodische Weise. Im Normalbetrieb erfolgen die Sinusbewegungen des Kolbens 27 und des Verdrängers 26 mit derselben Periode und konstanter Phasendifferenz.
  • Zwischen dem Kompressionsraum 28 und dem Expansionsraum 29 ist ein Regenerator 15 angeordnet. Die zwei Räume sind über den Regenerator 15 miteinander verbunden, um innerhalb der Kältemaschine einen geschlossenen Wärmekreislauf zu bilden. Auf der Seite des geschlossenen Wärmekreislaufs mit dem Kompressionsraum 28 ist ein Wärme abführender Wärmetauscher 24 angebracht, und benachbart zu diesem ist eine Wärmeabführeinrichtung 22 angebracht. Ein Wärme absorbierender Wärmetauscher 25 ist auf der Seite des geschlossenen Wärmekreislaufs mit dem Expansionsraum 29 angebracht, und benachbart zu diesem ist ein Wärmeabsorber 21 vorhanden.
  • Das Arbeitsgas innerhalb des geschlossenen Wärmekreislaufs strömt entsprechend den Bewegungen des Kolbens 27 und des Verdrängers 26, um den umgekehrten Stirlingzyklus zu realisieren. Hierbei dient die Wärmeabführeinrichtung 22 zum Abstrahlen von Wärme im Kompressionsraum 28 nach außen, und der Wärme abführende Wärmetauscher 24 beschleunigt die Abstrahlung. Der Wärmeabsorber 21 dient zum Absorbieren externer Wärme in den Expansionsraum 29, und der Wärme absorbierende Wärmetauscher 25 fördert die Wärmeabsorption.
  • Nun wird der Betrieb einer Stirling-Kältemaschine mit der oben beschriebenen Konfiguration erläutert. Als Erstes wird der Linearmotor 30 aktiviert, um den Kolben 27 anzutreiben. Der durch den Linearmotor 30 angetriebene Kolben 27 nähert sich dem Verdränger 26, der dadurch das Arbeitsgas im Kompressionsraum 28 komprimiert. Obwohl dadurch die Temperatur des Arbeitsgases im Kompressionsraum 28 ansteigt, wird die in diesem erzeugte Wärme durch die Wärmeabführeinrichtung 22 über den Wärme abführenden Wärmetauscher 24 nach außen abgestrahlt, so dass das Arbeitsgas innerhalb des Kompressionsraums 28 auf unge fähr einer konstanten Temperatur gehalten wird. Dies bildet den isothermischen Kompressionsprozess des umgekehrten Stirlingzyklus.
  • Als Nächstes strömt das durch den Kolben 27 im Kompressionsraum 28 komprimierte Arbeitsgas, auf Grund seines eigenen Drucks, in den Regenerator 15 und ferner in einen Expansionsraum 29. Dabei sammelt sich die Wärme des Arbeitsgases im Regenerator 15 an. Dies bildet den isochoren Kühlprozess des umgekehrten Stirlingzyklus.
  • Anschließend dehnt sich das auf hohem Druck befindliche Arbeitsgas, das in den Expansionsraum 29 geströmt ist, aus, wobei sich der Verdränger 26 nach unten bewegt. Obwohl die Temperatur des Arbeitsgases im Expansionsraum 29 fällt, wird Wärme von außen durch den Wärmeabsorber 21 über den Wärme absorbierenden Wärmetauscher 25 in den Expansionsraum 29 eingebracht, so dass das Innere des Expansionsraums 29 ungefähr auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Dies bildet den isothermen Expansionsprozess im umgekehrten Stirlingzyklus.
  • Wenn sich der Verdränger 26 nach oben zu bewegen beginnt, läuft das Arbeitsgas im Expansionsraum 29 durch den Regenerator 15 und kehrt zum Kompressionsraum 28 zurück. Dabei wird die Wärme, die sich im Regenerator 15 angesammelt hat, an das Arbeitsgas übertragen, wodurch die Temperatur desselben ansteigt. Dies bildet den isochoren Erwärmungsprozess des umgekehrten Stirlingzyklus.
  • Diese Abfolge von Prozessen (isotherme Kompression – isochores Kühlen – isotherme Expansion – isochores Erwärmen) wird wiederholt, um die umgekehrten Stirlingzyklen zu bilden. Im Ergebnis kühlt der Wärmeabsorber 21 allmählich ab, um schließlich eine Kühltemperatur zu erreichen.
  • Nun wird der Regenerator detailliert erläutert. Der Regenerator ist eine Art Wärmetauscher, wie oben beschrieben, der Wärme an das ihn durchströmende Arbeitsgas oder aus ihm heraus überträgt. Infolge dessen ist es erforderlich, innerhalb des begrenzten Raums für eine größere Kontaktfläche zum Arbeitsgas zu sorgen. Ein komplizierter Kanal, der so konfiguriert ist, dass er für eine große Kontaktfläche sorgt, erhöht jedoch den Widerstand für die Strömung des Arbeitsgases, was zu einer Beeinträchtigung des Wirkungsgrads der Stirling-Kältemaschine führt. Das heißt, es ist für den Innenaufbau des Regenerators bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsfläche in Kontakt mit dem Arbeitsgas groß ist, während der Strömungswiderstand niedrig ist. Demgemäß wurde für den Regenerator herkömmlich eine Anzahl verschiedener Rippenstrukturen vorgeschlagen.
  • Darunter ist ein Regenerator bekannt (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegung Nr. 2000-220897 ), der dadurch hergestellt wird, dass ein filmförmiges Harzelement (nachfolgend einfach als "Harzfilm" bezeichnet) zu Zylinderform aufgewickelt wird. Die 23A ist eine Abwicklungsansicht eines derartigen Regenerators, der durch Aufwickeln eines Harzfilms zu Zylinderform hergestellt wurde. Die 23B ist eine Stirnflächenansicht des Harzfilms in einem abgewickelten Zustand. Die 24A ist eine Abwicklungsansicht eines anderen Regenerators, der durch Aufwickeln eines Harzfilms zu Zylinderform hergestellt wurde, und die 24B ist eine Stirnflächenansicht des anderen Regenerators in gestrecktem Zustand. Wie es in den Figuren dargestellt ist, ist der Regenerator dieses Typs mit mehreren Grübchen 41, 42 auf einer Seite der Lage des Harzfilms 8 versehen. Wenn der Harzfilm 8 mit darauf ausgebildeten Grübchen 41, 42 aufgewickelt wird, werden zwischen den Schichten desselben Zwischenräume gebildet. Die aufgestapelten Schichten des Harzfilms sind voneinander getrennt, wodurch ein Teil des Strömungskanals für das Arbeitsgas gebildet ist.
  • Herkömmlicherweise wurden Grübchen 41 eines Regenerators dieses Typs entweder dadurch hergestellt, dass Abstandshalter als zusätzliche Teile mit regelmäßigen Intervallen auf eine Oberfläche eines zu einer Lage gestreckten Harzfilms 8 aufgeklebt wurden, oder durch Ausführen eines Siebdruckvorgangs mit regelmäßigen Intervallen auf eine Oberfläche des zu einer Lage gestreckten Harzfilms 8.
  • Das Herstellen eines Regenerators dieser Konfiguration ist viel einfacher als dann, wenn Metallrippen angebracht werden. Die zum Herstellen des Regenerators erforderlichen Kosten sind ebenfalls beträchtlich gesenkt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Oberfläche des lagenförmigen Harzfilms häufig mit einem Metallmaterial beschichtet wird, um die Wärmeaustauscheffizienz des Regenerators zu verbessern.
  • Im Allgemeinen nehmen die an der Oberfläche des Harzfilms ausgebildeten Grübchen wegen einfacher Herstellung ein regelmäßiges Muster ein. Beispielsweise werden Grübchen 41 häufig in Streifen auf dem Harzfilm 8 angeordnet, wie es in der 23A dargestellt ist, oder in einer Matrix, wie es in der 24A dargestellt ist.
  • Nun wird eine Art zum Anbringen des auf die obige Weise aufgebauten Regenerators an einer Stirling-Kältemaschine mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Gemäß der 25 wird ein in die Stirling-Kältemaschine einzubauender Regenerator 15 durch einen Harzfilm 8 gebildet, der auf einen Wicklungsträger (auch als Stauchkammeranordnung bezeichnet) 14 aufgewickelt wird, der einen Teil eines Zylinders 20 bildet, in den ein Verdränger eingesetzt wird. Ein Teil des Harzfilms 8 kann am Wicklungsträger 14 befestigt sein, oder er kann frei, ohne Befestigung, aufgewickelt sein.
  • Der durch Aufwickeln eines Harzfilms 8 um einen Wicklungsträger 14 hergestellte Regenerator 15 wird in ein Außengehäuse 33 eingeführt, das vorab in einem Körpergehäuse 23 montiert wurde. In diesem Fall kann der Regenerator 15 so beschaffen sein, dass die Achsenlinie des aufgewickelten Harzfilms 8 ungefähr parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsgases verläuft, um es zu ermöglichen, dass dieses im durch die Vorsprünge gebildeten Strömungskanal fließt, wie es oben beschrieben ist. Ferner wird ein Wärmeabsorber 21 von oben her befestigt, so dass in der Stirling-Kältemaschine ein geschlossener Kreis gebildet ist, wenn der Regenerator 15 an seinem Ort angebracht ist.
  • Wenn die Vorsprünge dadurch hergestellt werden, dass Abstandshalter an die Oberfläche des Harzfilms geklebt werden, ist der Arbeitsvorgang sehr mühselig. Im Allgemeinen werden sehr feine Abstandshalter an die Oberfläche des Harzfilms geklebt, um für eine größere Wärmeübertragungsfläche zum Arbeitsgas im Grübchen zu sorgen. Dies führt zu verschiedenen Problemen dahingehend, dass die Klebearbeiten selbst mühselig sind, die Genauigkeit der Klebeposition gering ist, Staub oder Schmutz während der Klebearbeiten eingebracht werden können, und dass die Verwendung eines Klebers über eine lange Zeitperiode keine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten kann.
  • Wenn die Vorsprünge durch einen Siebdruckvorgang auf der Oberfläche des Harzfilms hergestellt werden, sind die Herstellkosten erhöht, da eine zusätzliche Anlage zum Drucken, Trocknen und für andere Vorgänge erforderlich ist. Es ist auch sehr schwierig, die Position, die Größe, die Form und dergleichen der Vorsprünge durch Siebdrucken zu kontrollieren.
  • Ferner sind bei herkömmlichen, durch Aufwickeln eines Harzfilms hergestellten Regeneratoren Vorsprünge immer regelmäßig auf der Oberfläche des Harzfilms angeordnet. Dies vereinfacht in nachteiliger Weise die Strömung des Arbeitsgases durch den Regenerator, was es erschwert, eine hohe Wärmeaustauscheffizienz zu erzielen.
  • GB 2 109 52514 gibt einen rotierenden Wärmegenerator mit einer Matrix aus Kunststoffmaterial an, die mit einer quer verlaufenden Reliefstruktur versehen ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Regenerator, der hoch zuverlässig ist, einfach und billig herstellbar ist, und der eine hohe Wärmeaustauscheffizienz zeigt, eine Vorrichtung zum Herstellen des Regenerators sowie eine mit dem Regenerator versehene Stirling-Kältemaschine zu schaffen.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Regenerators zu schaffen, die einen erhöhten Grad an Designfreiheit für auf einem den Regenerator bildenden Harzfilm herzustellende Vorsprünge gewährleistet und es erlaubt, Vorsprünge mit guter Reproduzierbarkeit und hohem Genauigkeitsgrad herzustellen.
  • Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein in einem Strömungskanal für ein Arbeitsgas angeordneter Regenerator geschaffen, der dadurch hergestellt wurde, dass ein filmförmiges Harzelement in einer eine Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidenden Richtung angeordnet wurde, wobei das Harzelement über einen Vorsprung (ein Grübchen) verfügt, der zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements für einen Zwischenraum sorgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung dadurch hergestellt wird, dass eine Oberfläche des Harzfilms einer plastischen Verformung unterzogen wird, und der an seiner Spitze eine Öffnung aufweist.
  • Da der Vorsprung direkt dadurch hergestellt wird, dass dafür gesorgt wird, dass die Oberfläche des filmförmigen Harzelements eine plastische Verformung erfährt, kann der Regenerator leicht und billig hergestellt werden.
  • Da die Öffnung an der Spitze des Vorsprungs ausgebildet ist, wird der Strömungskanal für das im Regenerator strömende Arbeitsgas gestört, so dass die Wärmeaustauscheffizienz verbessert werden kann.
  • Im Regenerator wird der Vorsprung vorzugsweise dadurch hergestellt, dass an der Oberfläche des Harzfilms ein Prägevorgang ausgeführt wird.
  • Durch Ausführen des Prägevorgangs zum Herstellen eines Vorsprungs an der Oberfläche des Harzelements erfährt die Oberfläche desselben auf ziemlich einfache Weise eine plastische Verformung, um den Vorsprung auszubilden. Ferner kann das Herstellen eines Vorsprungs durch einen Prägevorgang den Designfreiheitsgrad für den Vorsprung erhöhen, und dadurch ist auch die Ausbildung von Vorsprüngen mit guter Reproduzierbarkeit gewährleistet. Demgemäß ist es möglich, einen Regenerator mit hoher Wärmeaustauscheffizienz zu schaffen.
  • Bei diesem Regenerator wird der Vorsprung vorzugsweise dadurch hergestellt, dass die Oberfläche des Harzelements mit einem Laserstrahl bestrahlt wird.
  • Die Verwendung einer Bestrahlung mit einem Laserstrahl zum Ausbilden eines Grübchens an der Oberfläche des Harzelements erlaubt eine plastische Verformung der Oberfläche des Harzelements mit großer Einfachheit, um ein Grübchen auszubilden. Ferner ist der Designfreiheitsgrad für das Grübchen erhöht, und Grübchen können mit guter Reproduzierbarkeit ausgebildet werden. Demgemäß ist es möglich, einen Regenerator mit guter Wärmeaustauscheffizienz herzustellen. Noch ferner ist, im Vergleich mit einem unter Verwendung des oben beschriebenen Prägevorgangs hergestellten Grübchens, die Reproduzierbarkeit betreffend die Größe und die Form der herzustellenden Grübchen weiter verbessert, und es ist das Auftreten feinen Staubs verhindert, so dass ein hoch zuverlässiger Regenerator hergestellt werden kann.
  • Der Regenerator kann dergestalt sein, dass das Harzelement über mehrere Vorsprünge verfügt, wobei, an der Oberfläche des Harzelements, ein Vorsprung der mehreren Vorsprünge so eingestellt ist, dass er eine andere Höhe aufweist, als sie der Höhe eines Vorsprungs der mehreren Vorsprünge in einem anderen Bereich entspricht.
  • Wenn die Höhen der im Harzelement ausgebildeten Grübchen entsprechend ihren Positionen eingestellt werden, ist es auch möglich, die Zwischenräume zwi schen den Schichten des aufgeschichteten Harzelements so einzustellen, dass sie voneinander verschiedene Höhen aufweisen. Im Ergebnis kann der Zwischenraum zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzelements entsprechend dem Wärmefluss bestimmt werden, wie er an der relevanten Position ein- und ausströmt. Dies kann das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Arbeitsgas und dem Harzelement, und demgemäß die Funktion des Regenerators betreffend die Ansammlung/Abstrahlung von Wärme insgesamt verbessern.
  • Hierbei besteht für die Art des Auswählens der Bereiche, die als vorgegebener Bereich und anderer Bereich zu definieren sind, keine spezielle Einschränkung. Es können beliebige Bereiche sein, die willkürlich auf der Oberfläche des Harzelements ausgewählt werden. Der ausgewählte Bereich kann über mehrere Grübchen verfügen, oder er kann in seinem Inneren ein einzelnes Grübchen aufweisen.
  • Ferner können die an der Oberfläche des Harzelements ausgebildeten Grübchen in solche zum Ausbilden von Zwischenräumen zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzelements und solche zum Gewährleisten einer größeren Wärmeübertragungsfläche unterteilt werden. In diesem Fall müssen die Grübchen zum Ausbilden von Zwischenräumen zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzelements so konzipiert sein, dass ihre Höhe größer als die der Grübchen zum Gewährleisten einer größeren Wärmeübertragungsfläche ist.
  • Bei diesem Regenerator ist es bevorzugt, dass, an der Oberfläche des Harzelements, die Anzahl der Grübchen pro Einheitsfläche so eingestellt wird, dass sie über verschiedene Positionen an der Oberfläche des Harzelements variiert.
  • Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl der pro Einheitsfläche an der Oberfläche des Harzelements auszubildenden Grübchen für jede Position des Harzelements einzustellen, und es können der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsfläche des aufgeschichteten Harzelements entsprechend dem Wärmefluss eingestellt werden, wie er an der relevanten Position ein- oder ausströmt. Dies verbessert das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Arbeitsgas und dem Harzelement, und demgemäß können die Wärmeansammlungs- und Abstrahlfunktion des Regenerators insgesamt verbessert werden.
  • Ein hier beschriebener Regenerator wird in einem Strömungskanal für ein Arbeitsgas angeordnet, das zwischen einem Kompressionsraum und einem Expansi onsraum einer Stirling-Kältemaschine strömt, und er wird dadurch hergestellt, dass ein filmförmiges Harzelement in einer Richtung aufgeschichtet wird, das die Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidet. Das Harzelement verfügt an seiner Oberfläche über mehrere Grübchen, die für einen Zwischenraum zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements sorgen. An der Oberfläche des Harzelements weist ein Grübchen in einem vorgegebenen Bereich eine Höhe auf, die verschieden von der eines Grübchens in einem anderen Bereich ist.
  • Das Anbringen der Grübchen mit verschiedenen Höhen ermöglicht das Bestimmen der Höhe jedes Zwischenraums entsprechend dem Wärmefluss, wie er an der relevanten Position ein-/ausströmt. Im Ergebnis ist das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Arbeitsgas und dem Harzelement verbessert, und demgemäß ist die Ansammlungs-/Abstrahlungsfähigkeit für Wärme des Regenerators insgesamt verbessert. Hierbei besteht für die Art des Auswählens der Bereiche, die als vorgegebener Bereich und als anderer Bereich zu definieren sind, keine spezielle Einschränkung. Es können beliebige Bereiche sein, die auf der Oberfläche des Harzelements beliebig ausgewählt werden. Der ausgewählte Bereich kann mehrere Grübchen enthalten, oder er kann in seinem Inneren ein einzelnes Grübchen enthalten.
  • Ein Regenerator, wie er hier beschrieben ist, wird in einem Strömungskanal für ein Arbeitsgas angeordnet, das zwischen einem Kompressionsraum und einem Expansionsraum einer Stirling-Kältemaschine strömt, und er wird dadurch hergestellt, dass ein filmförmiges Harzelement in einer die Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidenden Richtung aufgeschichtet wird. Das Harzelement verfügt an seiner Oberfläche über mehrere Vorsprünge, die zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements für einen Zwischenraum sorgen, und auf der Oberfläche des Harzelements ist die Anzahl der Vorsprünge pro Einheitsfläche umso höher, je kleiner der Abstand vom Expansionsraum ist, verglichen mit der Seite des Kompressionsraums.
  • Im Allgemeinen ist, während des Betriebs einer Stirling-Kältemaschine, die Temperatur des den Regenerator durchströmenden Arbeitsgases im Expansionsraum niedriger als im Kompressionsraum. Dies bedeutet, dass die Viskosität des Arbeitsgases im Expansionsraum kleiner als im Kompressionsraum ist. Demgemäß kann auf der Seite des Expansionsraums, wo das Arbeitsgas leicht strömen kann, die Dichte der Grübchen erhöht werden, um eine größere Wärmeübertragungsfläche zu erzielen, um das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Arbeits gas und dem Harzelement zu verbessern. Andererseits kann auf der Seite des Kompressionsraums, wo die Strömung des Arbeitsgases schwierig ist, die Anzahl der Grübchen verringert werden, um den Strömungswiderstand zu verringern, um dadurch eine gleichmäßige Strömung des Arbeitsgases zu erzielen. Im Ergebnis ist es möglich, die Funktion der Ansammlung/Abstrahlung von Wärme des gesamten Regenerators zu verbessern.
  • Eine Stirling-Kältemaschine, wie sie hier beschrieben ist, kann mit irgendeinem oder oben beschriebenen Regeneratoren versehen sein.
  • Die Stirling-Kältemaschine, die mit irgendeinem der oben beschriebenen Regeneratoren versehen ist, zeigt eine verbesserte Wärmeaustauscheffizienz als Kältemaschine insgesamt, so dass es möglich ist, eine Stirling-Kältemaschine mit guter Kühlwirkung zu schaffen. Es ist auch möglich, eine hoch zuverlässige Stirling-Kältemaschine auf einfache und billige Weise herzustellen.
  • Ein hier beschriebenes Herstellverfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Regenerators, der in einem Strömungskanal eines Arbeitsgases angeordnet wird und dadurch hergestellt wird, dass ein filmförmiges Harzelement in einer eine Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidenden Richtung aufgeschichtet wird. Zum Verfahren gehören ein Grübchenherstellschritt und ein Aufschichtschritt. Im Grübchenherstellschritt wird die Oberfläche des Harzelements einer plastischen Verformung unterzogen, um ein Grübchen auszubilden, um zwischen Schichten des Harzelements im aufgeschichteten Zustand einen Zwischenraum zu schaffen. Im Aufschichtschritt, wird das Harzelement mit dem daran ausgebildeten Grübchen aufgeschichtet.
  • Wenn ein Grübchen dadurch auf der Oberfläche des Harzelements hergestellt wird, dass dafür gesorgt wird, dass das Harzelement selbst eine plastische Verformung erfährt, ist es möglich, den Regenerator sehr einfach und billig herzustellen.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator beinhaltet der Grübchenherstellschritt vorzugsweise einen Prägeschritt zum Ausführen eines Prägevorgangs an der Oberfläche des Harzelements unter Verwendung einer Prägeform zum Ausbilden eines Grübchens.
  • Wenn ein Grübchen dadurch hergestellt wird, dass die Oberfläche des Harzelements im Prägeprozess unter Verwendung einer Prägeform einer plastischen Verformung unterzogen wird, kann es sehr leicht und billig hergestellt werden. Ferner gewährleistet das Herstellen eines Grübchens durch einen Prägevorgang, dass es mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator ist es bevorzugt, dass der Grübchenherstellschritt ferner einen Positionierschritt zum Bestimmen der Positionen der Prägeform und des Harzelements durch Bewegen derselben relativ zueinander in einer Richtung zueinander ungefähr parallel zur Oberfläche des Harzelements beinhaltet. Ferner ist es bevorzugt, dass der Positionierschritt und der Prägeschritt, wie oben beschrieben, abwechselnd ausgeführt werden, um es zu ermöglichen, Grübchen an gewünschten Positionen an der Oberfläche des Harzelements herzustellen.
  • Wenn ferner der Positionierschritt zum Verstellen der Prägeform und des Harzelements relativ zueinander vorhanden sind, ist es möglich, ein Grübchen auf einfache und schnelle Weise an einer gewünschten Position dadurch herzustellen, dass die Positionier- und Prägeprozesse abwechselnd wiederholt werden.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator können das Timing des Prägevorgangs mit der Prägeform, der für den Prägevorgang ausgeübte Druck und die Geschwindigkeit der Relativbewegung der Prägeform und des Harzelements kontrolliert werden, um eine Einstellung der Position, der Größe und der Form eines auf der Oberfläche des Harzelements auszubildenden Grübchens zu ermöglichen.
  • Eine derartige Kontrolle des Timings des Prägevorgangs mit der Prägeform, des für den Prägevorgang aufgewandten Drucks und der Geschwindigkeit der Relativbewegung der Prägeform und des Harzelement realisiert eine einfache Einstellung der Position, der Größe und der Form eines an der Oberfläche des Harzelements hergestellten Grübchens. Beispielsweise können die Grübchen zufällig oder in einer Matrix (in Zeilen und Spalten) an der Oberfläche des filmförmigen Harzelements hergestellt werden, was einen sehr hohen Designfreiheitsgrad gewährleistet. Demgemäß ist es möglich, Grübchen gemäß der Spezifikation mit guter Reproduzierbarkeit auszubilden und so einen Regenerator mit hoher Leistungsfähigkeit billig herzustellen.
  • Das hier beschriebene Herstellverfahren für einen Regenerator enthält vorzugsweise beispielsweise einen Bestrahlungsschritt mit einem Laserstrahl zum Bestrahlen der Oberfläche des Harzelements mit einem Laserstrahl, um ein Grübchen auszubilden.
  • Wenn ein Grübchen durch ein Bestrahlen mit einem Laserstrahl hergestellt wird, wobei dafür gesorgt wird, dass die Oberfläche des Harzelements eine plastische Verformung erfährt, kann der Regenerator leicht und billig hergestellt werden. Ferner kann ein Grübchen, durch den Laserprozess, mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator ist es bevorzugt, dass der Schritt des Bestrahlens mit dem Laserstrahl ferner einen Positionierschritt zum Bestimmen der Positionen einer Lichtquelle des Laserstrahls und des Harzelements durch eine Relativbewegung derselben in einer Richtung ungefähr parallel zur Oberfläche des Harzelements beinhaltet. Ferner ist es bevorzugt, dass der Positionierschritt und der Schritt der Bestrahlung mit dem Laserstrahl, wie oben beschrieben, abwechselnd ausgeführt werden, um die Ausbildung eines Grübchens an einer gewünschten Position auf der Oberfläche des Harzelements zu ermöglichen.
  • Durch Bereitstellen des Positionierschritts betreffend die Relativbewegung der Lichtquelle des Laserstrahls und des Harzelements können Grübchen an gewünschten Positionen dadurch leicht und schnell hergestellt werden, dass die Prozesse des Positionierens und des Bestrahlens mit dem Laserstrahl abwechselnd wiederholt werden.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator ist es bevorzugt, dass der Laserstrahl-Bestrahlungsschritt ferner einen Schritt zum Durchscannen und Bestrahlen mit dem Laserstrahl in Pulsen beinhaltet.
  • Ein derartiges Durchscannen und Einstrahlen des Laserstrahls in Pulsen ermöglicht es, auf einfache und schnelle Weise mehrere Grübchen auf der Oberfläche des Harzelements auszubilden.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator können der Fleckdurchmesser, die Bestrahlungsleistung und die Bestrahlungszeit des Laserstrahls zum Bestrahlen des Harzelements so kontrolliert werden, dass die Position, die Größe und die Form des auf der Oberfläche des Harzelements auszubildenden Grübchens eingestellt werden.
  • Wenn der Fleckdurchmesser, die Leistung und die Zeit der Bestrahlung mit dem Laserstrahl kontrolliert werden, kann eine Anzahl von Formen von Grübchen mit guter Reproduzierbarkeit an der Oberfläche des Harzelements ausgebildet werden. Beispielsweise können erhöhte Linien parallel entlang der Strömungsrichtung des Arbeitsgases ausgebildet werden, oder die oben beschriebenen Grübchen können zufällig oder in einer Matrix angeordnet werden, was einen hohen Designfreiheitsgrad gewährleistet. Demgemäß ist es möglich, die Grübchen nach Spezifikation mit guter Reproduzierbarkeit auszubilden und so einen Regenerator mit hoher Leistungsfähigkeit billig herzustellen.
  • Beim hier beschriebenen Herstellverfahren für einen Regenerator beinhaltet der Aufschichtschritt vorzugsweise den Schritt des Aufwickelns des Harzelements mit den daran ausgebildeten Grübchen.
  • Wenn die Schichtstruktur durch Aufwickeln des Harzelements hergestellt wird, ist es möglich, den Regenerator leicht und billig herzustellen, und zwar im Vergleich zum Fall des Herstellens eines Regenerators durch Zuschneiden oder Biegen eines Harzelements.
  • Eine hier beschriebene Herstellvorrichtung für einen Regenerator dient zum Herstellen eines Grübchens auf einer Oberfläche eines filmförmigen Harzelements, und sie beinhaltet eine Transporteinrichtung und eine Grübchenherstelleinrichtung. Die Transporteinrichtung dient zum Transportieren des filmförmigen Harzelements in einer Richtung, und die Grübchenherstelleinrichtung dient dazu, dafür zu sorgen, dass die Oberfläche desselben eine plastische Verformung erfährt, um ein Grübchen auszubilden.
  • Wenn die Transporteinrichtung dazu verwendet wird, das filmförmige Harzelement zu transportieren, und die Grübchenherstelleinrichtung dazu verwendet wird, auf der Oberfläche des Harzelements dadurch ein Grübchen auszubilden, dass dafür gesorgt wird, dass das Harzelement selbst eine plastische Verformung erfährt, ist es möglich, Grübchen kontinuierlich an der Oberfläche des Harzelements auszubilden und so den Regenerator leicht, schnell und billig herzustellen.
  • Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist eine Herstellvorrichtung für einen Regenerator mit Folgendem geschaffen: einer Transporteinrichtung zum Transportieren des filmförmigen Harzelements in einer Richtung; einer Vorsprung-Herstelleinrichtung, um die Oberfläche des filmförmigen Harzelements einer plastischen Verformung zum Ausbilden des Vorsprungs zu unterziehen; und einer Höheneinstelleinrichtung mit einem Paar von um einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernten Klemmelementen, die auf der stromabwärtigen Seite der Vorsprung-Herstelleinrichtung so angeordnet sind, dass sie in einer die Oberfläche des filmförmigen Harzelements schneidenden Richtung einander zugewandt sind, um die Höhe des durch die Vorsprung-Herstelleinrichtung hergestellten Vorsprungs dadurch einzustellen, dass dafür gesorgt wird, dass das filmförmige Harzelement durch einen Zwischenraum zwischen den Klemmelementen läuft.
  • Durch die Höheneinstelleinrichtung zum Einstellen der Höhe eines Grübchens, die auf der stromabwärtigen Seite der Grübchenherstelleinrichtung angeordnet ist, wird die Höhe eines auf der Oberfläche des Harzelements ausgebildeten Grübchens auf einfache Weise auf einen gewünschten Wert eingestellt. Bei dieser Konfiguration ist die Höheneinstelleinrichtung einfach durch ein Paar von Quetschelementen konfiguriert, was die Herstellkosten nicht erhöht. Die schnelle Einstellung der Grübchenhöhe beeinträchtigt die Produktivität ebenfalls nicht.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung für einen Regenerator ist es bevorzugt, dass der Zwischenraum zwischen dem Paar von Klemmelementen einstellbar ist.
  • Wenn der Zwischenraum zwischen dem Paar von Klemmelementen so konfiguriert ist, dass er einstellbar ist, ist es leicht möglich, den Fall zu berücksichtigen, bei dem die Höhe eines unter Verwendung der Klemmelemente herzustellenden Grübchens auf Grund einer Designänderung oder dergleichen geändert wird.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung für einen Regenerator besteht die Grübchenherstelleinrichtung vorzugsweise aus einer Prägeform und einem Tisch, der so positioniert ist, dass er über das filmförmige Harzelement, das in einer Richtung transportiert wird, hinweg der Prägeform zugewandt ist.
  • Infolge dessen ist es möglich, eine Prägemaschine mit einer Prägeform und einem Tisch als Grübchenherstelleinrichtung zum Ausbilden eines Grübchen dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass das filmförmige Harzelement selbst eine plastische Verformung erfährt, zu verwenden, wobei es die Grübchenherstelleinrichtung erlaubt, Grübchen kontinuierlich auf einfache Weise an der Oberfläche des Harzelements auszubilden, wodurch es möglich ist, den Regenerator billig herzustellen.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung eines Regenerators verfügt der Tisch an einer der Prägeform entsprechenden Position vorzugsweise über einen konkaven Abschnitt.
  • Das Anbringen des konkaven Abschnitts im Tisch an einer der Prägeform entsprechenden Position garantiert einen Zwischenraum, an dem das Grübchen und die Prägeform beim Prägevorgang ausweichen können, um dadurch eine kontinuierliche Herstellung der Grübchen durch einen Prägeprozess zu ermöglichen.
  • Bei der hier beschriebenen Prägeform für einen Regenerator erstreckt sich der konkave Abschnitt vorzugsweise zur stromabwärtigen Seite in der Bewegungsrichtung des in einer Richtung heraus transportierten filmförmigen Harzelements, um ein Ende des Tischs zu erreichen.
  • Wenn die Grübchen kontinuierlich an der Oberfläche des Harzelements unter Verwendung einer Prägemaschine herzustellen sind, während das filmförmige Harzelement durch die Transporteinrichtung heraus transportiert wird, bestehen Bedenken dahingehend, dass das hergestellte Grübchen mit dem Tisch in Kontakt gelangen könnte. So ist bei dieser Konfiguration dafür gesorgt, dass sich der im Tisch vorhandene konkave Abschnitt zur stromabwärtigen Seite der Bewegungsrichtung des Harzelements erstreckt, um das Ende des Tischs zu erreichen. Dadurch kann ein Kontakt zwischen dem Grübchen und dem Tisch vermieden werden, und so wird verhindert, dass das Harzelement am Tisch anhaftet, und es wird auch eine Verformung des Grübchens verhindert.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung für einen Regenerator verfügt die Prägeform vorzugsweise über mehrere Nadeln mit jeweils einer Spitze mit ungefähr Kegelform, um die Ausbildung mehrerer Grübchen auf der Oberfläche des filmförmigen Harzelements durch einen einmaligen Prägevorgang zu ermöglichen.
  • Wenn die Prägeform mehrere Nadeln aufweist, kann durch einen einmaligen Prägevorgang eine Anzahl von Grübchen an der Oberfläche des Harzelements ausgebildet werden, so dass es möglich ist, einen Regenerator schnell und einfach herzustellen.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung für einen Regenerator besteht die Grübchenherstelleinrichtung vorzugsweise aus einer Einrichtung zum Einstrahlen eines Laserstrahls, um mit einem Laserstrahl zu bestrahlen.
  • Infolge dessen kann die Einrichtung zum Einstrahlen eines Laserstrahls zum Bestrahlen mit einem Laserstrahl als Grübchenherstelleinrichtung zum Herstellen eines Grübchen dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass das filmförmige Harzelement selbst eine plastische Verformung erfährt, verwendet werden, und es ist möglich, Grübchen kontinuierlich und einfach an der Oberfläche des Harzelements herzustellen, so dass der Regenerator billig geliefert werden kann.
  • Bei der hier beschriebenen Herstellvorrichtung für einen Regenerator ist die Einrichtung zum Einstrahlen eines Laserstrahls vorzugsweise so konfiguriert, dass ein Durchscannen und Bestrahlen mit dem Laserstrahl in Pulsen ausgeführt wird.
  • Durch Abscannen und Bestrahlen der Oberfläche des Harzelements durch den Laserstrahl in Pulsen mittels der Einrichtung zum Einstrahlen eines Laserstrahls können mehrere Grübchen kontinuierlich, einfach und schnell ausgebildet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht einer Prägemaschine, wobei eine erste Stufe eines Prägeschritts dargestellt ist, um einen Grübchenherstellschritt bei der ersten Ausführungsform der Erfindung zu veranschaulichen.
  • 3 ist eine Schnittansicht der Prägemaschine, die eine zweite Stufe des Prägeschritts zeigt, um den Grübchenherstellschritt bei der ersten Ausführungsform der Erfindung zu veranschaulichen.
  • 4 ist eine Schnittansicht der Prägemaschine, die eine dritte Stufe des Prägeschritts zeigt, um den Grübchenherstellschritt bei der ersten Ausführungsform der Erfindung zu veranschaulichen.
  • 5 ist eine Draufsicht eines Harzelements, die ein Layoutmuster 1 von Grübchen zeigt, wie sie unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
  • 6 ist eine Draufsicht eines Harzelements, die ein Layoutmuster 2 von Grübchen zeigt, wie sie unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
  • 7 ist eine Draufsicht eines Harzelements, die ein Layoutmuster 3 von Grübchen zeigt, wie sie unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
  • 8 ist eine Draufsicht eines Harzelements, die ein Layoutmuster 4 von Grübchen zeigt, wie sie unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
  • 9 ist eine Draufsicht eines Harzelements, die ein Layoutmuster 5 von Grübchen zeigt, wie sie unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
  • 10A ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Harzelements, die die Form eines Grübchens zeigt, das unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellt wird.
  • 10B ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Harzelements, die die Form eines Grübchens zeigt, das unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird.
  • 11 ist ein Schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Aufschichtschritts bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Regenerators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 13 ist eine Schnittansicht einer Prägemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 14 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen der Form der Prägemaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 15 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • 16 ist eine Schnittansicht einer Höheneinstelleinrichtung bei der dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • 17 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • 18A ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen, wie ein Grübchen auf einer Oberfläche eines Harzelements hergestellt wird, der den Regenerator bei der vierten Ausführungsform der Erfindung bildet.
  • 18B ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Harzelements, die ein Vergleichsbeispiel einer Form eines Grübchens zeigt, das unter Verwendung eines ähnlichen Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird.
  • 18C ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Harzelements, die die Form eines Grübchens zeigt, das unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird.
  • 19A ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Regenerators gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 19B ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau der Regenerator gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 20 ist eine schematische, perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Verteilung von Grübchen auf einem Harzelement, der den Regenerator gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung bildet.
  • 21 ist eine schematische Schnittansicht, die die Form eines Harzelements als Regenerator gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 22 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Stirling-Kältemaschine zeigt.
  • 23A ist eine Draufsicht eines Harzelements, auf dem durch Ankleben mehrerer Abstandshalter Grübchen gebildet sind.
  • 23B ist eine Stirnflächenansicht des in der 23A dargestellten Harzelements.
  • 24A ist eine Draufsicht eines Harzelements, auf dem durch einen Siebdruckvorgang Grübchen ausgebildet sind.
  • 24B ist eine Stirnflächenansicht des in der 24A dargestellten Harzelements.
  • 25 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Stirling-Kältemaschine zeigt.
  • Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei den folgenden Ausführungsformen wird beispielhaft ein Regenerator beschrieben, der an einer Stirling-Kältemaschine angebracht ist.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Die 1 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 2–4 sind Schnittansichten einer Prägemaschine zum detaillierteren Veranschaulichen eines Grübchenherstellschritts gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 9–5 sind Draufsichten des Harzelements, um Layoutmuster der Grübchen zu zeigen. Die 10A und 10B sind vergrößerte Schnittansichten des Harzelements, um die Formen der Grübchen zu zeigen. Ferner ist die 11 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Aufschichtungsschritts bei der vorliegenden Ausführungsform, die 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Regenerators gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • (Herstellvorrichtung für einen Regenerator)
  • Als Erstes wird eine Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Der Herstellprozess für den durch Aufwickeln eines filmförmigen Harzelements hergestellten Regenerator beinhaltet hauptsächlich einen Grübchenherstellschritt zum Herstellen eines Grübchens auf einer Oberfläche eines Harzfilms sowie einen Aufschichtschritt zum Aufschichten des Harzfilms mit dem darauf ausgebildeten Grübchen. Die in der 1 dargestellte Herstellvorrichtung für einen Regenerator wird für den Grübchenherstellschritt zum Ausbilden eines Grübchens auf der Oberfläche des Harzfilms verwendet.
  • Wie es in der 1 dargestellt ist, verfügt die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform, u. a., über einen Filmförderer 113 als Transporteinrichtung zum Heraustransportieren des Harzfilms sowie eine Prägemaschine 101 als Grübchenherstelleinrichtung. Die Prä gemaschine 101 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des Filmförderers 113, und sie verfügt über eine Prägeform 102, einen Stempel 103 und einen Tisch 104. Die Prägeform 102 und der Tisch 104 sind so voneinander beabstandet, dass sie dazwischen den Harzfilm 8 einbetten, der durch den Filmförderer 113 in einer Richtung heraus transportiert wird (wie durch einen Pfeil A in der Figur dargestellt). Die Prägeform 102 und der Stempel 103 sind in der vertikalen Richtung beweglich (durch einen Pfeil B in der Figur dargestellt). Der Tisch 104 verfügt über einen konkaven Abschnitt 105 an einer der Prägeform 102 entsprechenden Position, um beim plastische Verformung von der Prägeform 102 beabstandet zu sein (siehe die 2–4).
  • (Grübchenherstellschritt)
  • Nun wird ein Verfahren zum Herstellen eines Grübchens auf einer Oberfläche eines Harzfilms unter Verwendung der auf die oben beschriebene Weise konfigurierte Herstellvorrichtung für einen Regenerator erläutert. Gemäß der 1 durchläuft der durch den Filmförderer 113 in einer Richtung heraus transportierte Harzfilm 8 eine Antriebsrolle 111, und er erreicht die Prägemaschine 101. Die Prägemaschine 101 führt am Harzfilm 8 mit vorbestimmtem Timing einen plastische Verformung aus, um an der Oberfläche des Harzfilms 8 kontinuierlich Grübchen 10 auszubilden.
  • Genauer gesagt, transportiert der Filmförderer 113 als Erstes den Harzfilm 8 heraus, um für eine Positionierung in solcher Weise zu sorgen, dass ein vorgesehener Bereich zum Ausbilden eines Grübchens im Harzfilm 8 unmittelbar unter der Prägeform 102 der Prägemaschine 101 positioniert wird (siehe die 2). Dies entspricht dem Positionierschritt zum Bestimmen von Relativpositionen der Prägeform 102 und des Harzfilms 8 zum Ausbilden eines Grübchens. Als Nächstes bewegt sich der Stempel 103 nach unten (in der durch einen Pfeil 51 in der Figur dargestellten Richtung). Der Stempel 103 drückt so auf den Harzfilm 8, dass dieser mit dem Tisch 104 in Kontakt gelangt, und dann bewegt sich die Prägeform 102 nach unten, um den vorgesehenen Bereich zum Ausbilden eines Grübchens im Harzfilm 8 nach unten zu drücken, wie es in der 3 dargestellt ist. Die Oberfläche des Harzfilms 8 erfährt eine plastische Verformung, und so wird ein nach unten zeigendes Grübchen 10 gebildet. Dies entspricht einem Prägeschritt als Grübchenherstellschritt. Danach werden die Prägeform 102 und der Stempel 103 nach oben bewegt (in der durch einen Pfeil B2 in der Figur dargestellten Richtung), um zu einer Bezugsposition zurückzu kehren, und der Harzfilm 8 wird erneut in der Richtung des Pfeils A heraus transportiert, wie es in der 4 dargestellt ist.
  • Der Positionierschritt und der Prägeschritt, wie sie oben beschrieben sind, werden wiederholt, um kontinuierlich Grübchen 10 an der Oberfläche des Harzfilms 8 auszubilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Harzfilm 8 so konfiguriert, dass er sich über dem Tisch 104 bewegt. So sind der Tisch 104 und der Harzfilm 8 um einen Abstand voneinander beabstandet, der größer als die Höhe eines herzustellenden Grübchens 10 ist, so dass ein hergestelltes Grübchen 10 nicht mit dem konkaven Abschnitt 105 des Tischs 104 in Kontakt gelangt.
  • (Herstellposition für ein Grübchen)
  • Nun wird die Position eines an der Oberfläche des Harzfilms hergestellten Grübchens beschrieben. Unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform können Grübchen mit einer Anzahl von Layoutmustern an der Oberfläche des Harzfilms ausgebildet werden. Genauer gesagt, können das Timing des Prägevorgangs und die Bewegungsgeschwindigkeit der Prägeform und des Harzfilms relativ zueinander gesteuert werden, um verschiedene Muster zu realisieren. Ferner können, wenn mehrere Nadeln an der Prägeform anzubringen sind, um mehrere Grübchen gleichzeitig auf dem Harzfilm auszubilden, Harzfilm mit einer erhöhten Anzahl von Mustervariationen hergestellt werden. Nachfolgend werden einige Layoutmuster von Grübchen als Beispiele angegeben.
  • (Layoutmuster 1)
  • Die 5 ist eine Draufsicht eines Harzfilms, die ein Layoutmuster 1 zeigt. Beim in der 5 dargestellten Layoutmuster von Grübchen sind diese in einer Matrix an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildet. Das heißt, dass, gemäß der 5, an der Oberfläche des Harzfilms 8, Grübchen 10 in Zeilen und Spalten in der x- und der y-Richtung angeordnet sind. Die in der x-Richtung der Figur angeordneten Grübchen sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Grübchen in der y-Richtung sind ebenfalls mit regelmäßigen Intervallen angeordnet.
  • Um das relevante Layout der Grübchen zu realisieren, wird beispielsweise eine Prägeform 102 mit mehreren mit regelmäßigen Intervallen in der y-Richtung angeordneten Nadeln verwendet, wie es in der 5 dargestellt ist. Der Harzfilm 8 wird mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt, und diese wird dazu verwendet, einen plastische Verformung mit konstantem Timing auszuführen. Infolge dessen wird das in der 5 dargestellte Layoutmuster mit in einer Matrix angeordneten Grübchen realisiert.
  • (Layoutmuster 2)
  • Die 6 ist eine Draufsicht eines Harzfilms, um ein Layoutmuster 2 darzustellen. Beim in der 6 dargestellten Layoutmuster von Grübchen sind Grübchen 10 wie beim oben beschriebenen Layoutmuster 1 in Zeilen und Spalten des Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildet. Jedoch unterscheidet sich das vorliegende Layoutmuster vom Layoutmuster 1 dahingehend, dass die Intervalle der Grübchen in der x-Richtung zufällig sind. Das heißt, dass der Abstand zwischen benachbarten Grübchen in der x-Richtung variiert anstatt konstant zu sein.
  • Als Art zum Herstellen der Grübchen mit dem vorliegenden Layoutmuster kann eine Prägeform 102 mit mehreren gleichmäßig voneinander beabstandeten Nadeln in der y-Richtung, wie in der 6 dargestellt, verwendet werden. Der Harzfilm 8 wird in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 mit unregelmäßiger Geschwindigkeit bewegt, und die Prägeform 102 wird zum Ausführen eines Prägevorgangs mit konstantem Timing verwendet. Alternativ kann der Harzfilm 8 mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt werden, während ein plastische Verformung so ausgeführt wird, dass die Prägeform 102 unregelmäßig in der durch einen Pfeil D in der 6 gekennzeichneten Richtung verschoben wird. Noch alternativ kann der Harzfilm 8 mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt werden, und die Prägezeitpunkte der Prägeform 102 können unregelmäßig variiert werden.
  • (Layoutmuster 3)
  • Die 7 ist eine Draufsicht eines Harzfilms, die ein Layoutmuster 3 zeigt. Beim in der 7 dargestellten Layoutmuster von Grübchen sind Grübchen 10 wie bei den oben beschriebenen Layoutmustern 1 und 2 in Zeilen und Spalten an der Oberfläche des Harzfilms 8 angeordnet. Das vorliegende Layoutmuster unterscheidet sich jedoch von den Layoutmustern 1 und 2 dahingehend, dass identische Muster wiederholt mit einer Breite W1 in der x-Richtung ausgebildet sind.
  • Um die Grübchen beim vorliegenden Layoutmuster herzustellen, kann eine Prägeform 102 mit mehreren mit regelmäßigen Intervallen in der y-Richtung angeordneten Nadeln, wie in der 7 dargestellt, verwendet werden. Der Harzfilm 8 kann in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 mit einer sich mit einer regelmäßigen Periode ändernden Geschwindigkeit bewegt werden, und die Prägeform 102 kann dazu verwendet werden, einen plastische Verformung mit regelmäßigem Timing auszuführen. Alternativ kann der Harzfilm 8 mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt werden, und diese kann dazu verwendet werden, einen plastische Verformung auszuführen, während der Harzfilm 8 mit einer regelmäßigen Periode in der Richtung des Pfeils D in der 7 verschoben wird. Ferner kann der Harzfilm 8 mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt werden, und die Prägezeitpunkte der Prägeform 102 können mit einer regelmäßigen Periode variiert werden.
  • (Layoutmuster 4)
  • Die 8 ist eine Draufsicht eines Harzfilms, die ein Layoutmuster 4 zeigt. Beim in der 8 dargestellten Layoutmuster von Grübchen sind diese in der y-Richtung mit regelmäßigen Intervallen angeordnet, jedoch zufällig in der x-Richtung.
  • Um die Grübchen mit dem vorliegenden Layoutmuster herzustellen, kann eine Prägeform 102 mit mehreren mit regelmäßigen Intervallen in der y-Richtung angeordneten Nadeln, wie in der 8 dargestellt, verwendet werden. Der Harzfilm 8 kann in der Richtung A (x-Richtung) mit konstanter Geschwindigkeit in Bezug auf die Prägeform 102 bewegt werden, und diese kann mit konstantem Ti ming herunter gedrückt werden, während sie in der durch den Pfeil E in der 8 dargestellten Richtung zufällig verschoben wird.
  • (Layoutmuster 5)
  • Die 9 ist eine Draufsicht eines Harzfilms, die ein Layoutmuster 5 zeigt. Das in der 9 dargestellte Layoutmuster von Grübchen ist eine Kombination der oben beschriebenen Layoutmuster 3 und 4. Das heißt, dass die Grübchen in der y-Richtung mit regelmäßigen Intervallen ausgebildet sind, jedoch zufällig in der x-Richtung, wobei identische Muster mit einer Breite W2 wiederholt sind.
  • Um die Grübchen mit dem vorliegenden Layoutmuster herzustellen, kann eine Prägeform 102 mit mehreren mit regelmäßigen Intervallen in der y-Richtung angeordneten Nadeln, wie in der 9 dargestellt, verwendet werden. Wenn die Prägeform 102 in der Richtung E verschoben wird, kann der Harzfilm 8 mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, die mit einer regelmäßigen Periode in der Richtung A (x-Richtung) in Bezug auf die Prägeform 102 variiert, und diese kann mit konstantem Timing herunter gedrückt werden.
  • Die oben beschriebenen fünf Layoutmuster werden unter Verwendung einer Prägeform derselben Form realisiert. Das heißt, dass selbst dann, wenn dieselbe Prägeform verwendet wird, die Prägezeitpunkte und die Relativbewegungsgeschwindigkeit der Prägeform und des Harzfilms so gesteuert werden können, dass eine Anzahl verschiedener Layoutmuster realisiert wird. Im Vergleich zum Layoutmuster 1 mit in einer Matrix angeordneten Grübchen sorgen die Layoutmuster 2–5 für eine kompliziertere Strömung des Arbeitsgases. Dies verbessert die Wärmeaustauscheffizienz im Regenerator, um für eine hohe Leistungsfähigkeit desselben zu sorgen.
  • (Grübchenform)
  • Nun wird die Grübchenform beschrieben. Es sind hauptsächlich zwei Formen für durch einen plastische Verformung herzustellende Grübchen denkbar. Die eine ist, entsprechend einem Vergleichsbeispiel, ein Grübchen 10a mit einer Form, wie sie in der 10A dargestellt ist, und die andere ist ein Grübchen 10b gemäß der Erfindung mit einer Form, wie sie in der 10B dargestellt ist. Jedes der Grübchen 10a und 10b kann eine Größe aufweisen, die durch den Druck eingestellt wird, wie er beim plastische Verformung mit der Prägeform ausgeübt wird.
  • Die 10A zeigt die Form eines Grübchens, wie es hergestellt wird, wenn eine verwendete Prägeform kegelförmig mit gekrümmter Spitze ist. Wie es in der Figur dargestellt ist, zeigt ein mit der Prägeform dieser Form hergestelltes Grübchen 10a ungefähre V-Form auf, die von der Hauptfläche des Harzfilms 8 nach unten vorsteht.
  • Die 10B zeigt die Form eines Grübchens, wie es hergestellt wird, wenn die verwendete Prägeform kegelförmig mit einer scharfen Spitze ist. Wie es in der Figur dargestellt ist, ist das mit einer Prägeform dieser Form hergestellte Grübchen 10B ein ringförmiges Grübchen mit einer Öffnung 10b1 an seiner Spitze.
  • Von den zwei oben beschriebenen Formen, wie sie hauptsächlich für Grübchen 10 denkbar sind, ist das in der 10B dargestellte ringförmige Grübchen 10b mit einer Öffnung 10b1 an seiner Spitze bevorzugter als das in der 10a dargestellte Grübchen 10a mit ungefährer V-Form, da dann, wenn der Harzfilm 8 aufgeschichtet wird, das durch einen Zwischenraum zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzfilms 8 strömende Arbeitsgas durch die Öffnung 10b1 des Grübchens 10b zu einem anderen Zwischenraum hindurch strömen kann. Durch einen komplizierten Strömungskanal, wie er für das Arbeitsgas konfigurierbar ist, wird die Strömung des Arbeitsgases gestört, und demgemäß kann ein Regenerator mit stark verbesserter Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.
  • (Aufschichtschritt und Montageschritt)
  • Nun wird der Aufschichtschritt zum Aufschichten des Harzfilms erläutert. Wie es in der 11 dargestellt ist, wird der Harzfilm 8 mit an seiner Oberfläche ausgebildeten Grübchen 10 auf eine vorgegebene Länge zugeschnitten und dann aufgeschichtet, während er um einen Wicklungsträger 14 zylindrischer Form gewickelt wird. Dabei bilden vorab an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildete Grübchen 10 zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzfilms 8 einen Zwischenraum 9, so dass in der durch den Wicklungsvorgang gebildeten axialen Richtung des Harzfilms 8 ein Strömungskanal für das Arbeitsgas gebil det wird (siehe die 12). Infolge dessen wird der Regenerator dadurch hergestellt, dass der Harzfilm in einer die Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidenden Richtung aufgeschichtet wird.
  • Der Wicklungsträger 14 und der um ihn gewickelte Harzfilm 8 bilden den Regenerator 15 der Stirling-Kältemaschine, der an einer vorgegebenen Position in dieser auf ähnliche Weise montiert wird, wie sie oben in Zusammenhang mit dem herkömmlichen Beispiel erläutert ist.
  • (Wirkungen)
  • Wenn ein Regenerator unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator, wie oben beschrieben, hergestellt wird, können Grübchen auf einfache und billige Weise kontinuierlich an der Oberfläche des Harzfilms ausgebildet werden. Im Ergebnis ist die Herstellung einer Stirling-Kältemaschine in starkem Ausmaß vereinfacht. Ferner können, da die Grübchen durch plastische Verformung des Harzfilms selbst hergestellt werden, dieselben einfach mit guter Reproduzierbarkeit im Vergleich zu den herkömmlichen Fällen hergestellt werden, in denen Grübchen dadurch hergestellt werden, dass Abstandshalter angeklebt werden oder ein Siebdruckvorgang ausgeführt wird. Demgemäß können ein Regenerator mit hervorragender Wärmeaustauscheffizienz sowie eine Stirling-Kältemaschine mit hoher Effizienz billig hergestellt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Die 13 ist eine Schnittansicht einer Prägemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die 14 ist eine Draufsicht, die die Form der Prägemaschine der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • (Herstellvorrichtung für einen Regenerator)
  • Eine Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einem Filmförderer als Transporteinrichtung und einer Prägemaschine als Grübchenherstelleinrichtung, wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Gemäß den 13 und 14 verfügt eine Prägemaschine 101 über eine Prägeform 102, einen Stempel 103 und einen Tisch 104, wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Die Prägeform 102 und der Tisch 104 sind in einer vertikalen Richtung angeordnet, um dabei einen Harzfilm 8 einzubetten, der durch den Filmförderer in einer Richtung heraus transportiert wird (durch einen Pfeil A in der Figur dargestellt). Die Prägeform 102 und der Stempel 103 sind in der vertikalen Richtung beweglich (durch einen Pfeil B in der Figur dargestellt). Der Tisch 104 verfügt über einen konkaven Abschnitt 106, der sich von einer der Prägeform 102 entsprechenden Position zur stromabwärtigen Seite der Bewegungsrichtung (durch den Pfeil A in der Figur dargestellt) des Harzfilms 8 erstreckt. Dieser konkave Abschnitt 106 erreicht das Ende des Tischs 104. Der konkave Abschnitt 106 dient als Zwischenraum für die Prägeform 102 bei einem Prägevorgang.
  • (Grübchenherstellschritt)
  • Wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform führt die Herstellvorrichtung für einen Regenerator der vorliegenden Ausführungsform einen plastische Verformung am sich auf dem Tisch 104 der Prägemaschine 101 bewegenden Harzfilm zu vorbestimmten Zeitpunkten aus, so dass Grübchen 10 kontinuierlich auf der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildet werden. Die 13 zeigt den Fall, dass eine Prägeform 102 mit einer scharfen Spitze dazu verwendet wird, ein ringförmiges Grübchen 10b, wie es in der 10B dargestellt ist, an der Oberfläche des Harzfilms 8 auszubilden.
  • (Wirkungen)
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform erreicht der konkave Abschnitt 106 das Ende des Tischs 104 auf der stromabwärtigen Seite der Bewegungsrichtung des Harzfilms 8, was verhindert, dass ein an der Oberfläche des Harzfilms 8 gebildetes Grübchen 10 mit dem Tisch 104 in Kontakt gelangt. Ferner sollte zwar der Abstand zwischen dem Tisch 104 und dem Harzfilm 8 größer als die Höhe eines Grübchens 10 sein, wie es bei der oben beschriebenen Ausführungsform hergestellt wird, jedoch kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Harzfilm 8 unmittelbar über dem Tisch 104 angeordnet werden, da sich der konkave Abschnitt 106 bis zum Ende des Tischs 104 erstreckt. Infolge dessen ist es möglich, Grübchen 10 mit höherem Genauigkeitsgrad als bei der ersten Ausführungsform herzustellen.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Die 15 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die 16 ist eine Schnittansicht einer Höheneinstelleinrichtung zum Einstellen der Höhe eines an der Oberfläche des Harzfilms hergestellten Grübchens.
  • (Herstellvorrichtung für einen Regenerator)
  • Die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform verfügt über einen Filmförderer 113 als Transporteinrichtung sowie eine Prägemaschine 101 als Grübchenherstelleinrichtung, wie bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform. Zusätzlich ist auf der stromabwärtigen Seite der Prägemaschine 101 ein Klemmabschnitt 114 als Höheneinstelleinrichtung zum Einstellen der Höhe eines durch die Prägemaschine 101 ausgebildeten Grübchens 10 angeordnet. Der Klemmabschnitt 114 besteht aus einem Paar von Klemmblöcken 114a, 114b. Ferner ist an der stromabwärtigen Seite der Klemmblöcke 114a, 114b eine Sammelrolle 114 als Maßnahme zum Aufrollen des Harzfilms 8 angeordnet.
  • (Höheneinstelleinrichtung)
  • Gemäß den 15 und 16 sind die Klemmblöcke 114a, 114b als Höheneinstelleinrichtung so positioniert, dass sie einander zugewandt sind, wobei sie um einen vorgegebenen Abstand h11 in einer die Höheneinstelleinrichtung des durch eine Antriebsrolle 112 heraus transportierten Harzfilms 8 schneidet. Infolge dessen läuft der Harzfilm 8 mit an seiner Oberfläche ausgebildeten Grübchen 10 durch den zwischen den Klemmblöcken 114a, 114b gebildeten Spalt. Unter Verwendung der Prägemaschine 101 hergestellte Grübchen 10 zeigen eine Höhe h12, die unter einigen Dimensionsfehlern leidet. Die Klemmblöcke 114a, 114b als Höheneinstelleinrichtung werden dazu verwendet, einen derartigen Dimensionsfehler zu korrigieren.
  • Genauer gesagt, wird, wie es in der 16 dargestellt ist, wenn die Höhe h12 der Grübchen vor dem Durchlauf durch die Klemmblöcke 114a, 114b größer als die Öffnung h11 des Spalts zwischen denselben ist, die Höhe eines Grübchens 10 zwangsweise, da es zwischen den Blöcken eine Klemmung erfährt, auf eine gewünschte Höhe h13 eingestellt.
  • (Wirkungen)
  • Infolge dessen werden an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildete Grübchen 10 so geformt, dass sie gleiche Höhen aufweisen, und demgemäß kann ein Regenerator mit einer Form gemäß der Spezifikation einfach hergestellt werden. Wenn die Klemmblöcke 114a, 114b so konfiguriert sind, dass sie in der vertikalen Richtung beweglich sind (durch einen Pfeil C in der Figur dargestellt), können sie leicht den Fall berücksichtigen, dass unter ihrer Verwendung eine geänderte Höhe von Grübchen 10 einzustellen ist.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Die 17 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens und einer Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die 18A ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen, wie ein Grübchen durch das Herstellverfahren und die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird. Die 18B und 18C veranschaulichen Formen der durch das Herstellverfahren und die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Grübchen.
  • (Herstellvorrichtung für einen Regenerator)
  • Als Erstes wird unter Bezugnahme auf die 17 die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie es in der 17 dargestellt ist, verfügt die Herstellvorrichtung für einen Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform, u. a., über einen Filmförderer 213 als Transporteinrichtung zum Heraustransportieren eines Harzfilms sowie eine Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung 201 als Grübchenherstelleinrichtung. Ein von der Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung 201 auf den Harzfilm 8 zu richtender Laserstrahl 203 wird in Pulsen von einem Laseroszillator 202 als Lichtquelle emittiert. Der vom Laseroszillator 202 emittierte Laserstrahl 203 wird durch einen Modulator 204, eine Strahlaufweiteinrichtung 205, einen durch einen Motor 207 angetriebenen Polygonspiegel 206 und eine scannende Kondensorlinse 209 geschickt, wobei er bei diesem Durchlauf in einen als Zeilenscanstrahl 210 dienenden punktförmigen Laserstrahl gewandelt wird.
  • (Grübchenherstellschritt)
  • Nun wird eine Art zum Ausbilden eines Grübchens an der Oberfläche des Harzfilms unter Verwendung der auf die obige Weise konfigurierten Herstellvorrichtung für einen Regenerator erläutert. Gemäß der 17 wird der Zeilenscanstrahl 210 mit vorgegebener Leistung in Pulsen emittiert, während er auf den Harzfilm 8 konvergiert wird, der vom Filmförderer 213 geliefert wird und durch Antriebsrollen 211, 212 mit konstanter Geschwindigkeit in einer horizontalen Richtung (durch einen Pfeil A in der Figur dargestellt) bewegt wird. Infolge dessen werden Grübchen 10 kontinuierlich an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildet. Der Positionierschritt beim Heraustransportieren des Harzfilms durch den Filmförderer 213 und das Bestimmen der Relativpositionen der Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung 201 und des Harzfilms 8 sowie der Grübchenherstellschritt mit dem Bestrahlen eines vorgesehenen Bereichs zum Ausbilden eines Grübchens im Harzfilm 8 durch einen Laserstrahl unter Verwendung der Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung 201, um dadurch ein Grübchen 10 auf der Oberfläche des Harzfilms 8 auszubilden, werden abwechselnd ausgeführt, um eine kontinuierliche Herstellung von Grübchen 10 an der Oberfläche des Harzfilms 8 zu ermöglichen.
  • Wenn das Einstrahlen des Zeilenscanstrahls 210 selbst nach dem Beginn einer plastischen Verformung fortgesetzt wird, wird an der Oberfläche des Harzfilms 8 eine Öffnung 10b1 ausgebildet, wie es in der 18C dargestellt ist. Dies, da das Zentrum des durch den Zeilenscanstrahl 210 beleuchteten Abschnitts des Harzfilms 8 zu schmelzen beginnt, wenn die Temperatur den Schmelzpunkt des Harzfilms 8 überschreitet, wodurch in diesem ein Loch erzeugt wird. Dabei arbeitet die Oberflächenspannung vom Rand her, so dass ein Grübchen 10b erhalten wird, dessen Umfangsabschnitt ringförmig erhöht ist.
  • (Laminierschritt und Montageschritt)
  • Nach dem oben beschriebenen Grübchenherstellschritt wird der Harzelement mit einer großen Anzahl von an seiner Oberfläche ausgebildeten Grübchen auf eine vorgegebene Länge zugeschnitten und um einen zylindrischen Wicklungsträger gewickelt, wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Dadurch wird auf Grund des Zwischenraums zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzfilms ein Strömungskanal gebildet, durch den das Arbeitsgas strömen kann. Der Wicklungsträger und der um ihn gewickelte Harzfilm bilden den Regenerator für die Stirling-Kältemaschine, der dann an einer vorgegebenen Position der Stirlingmaschine auf ähnliche Weise wie im oben beschriebenen herkömmlichen Fall eingebaut wird.
  • (Wirkungen)
  • Wenn der Regenerator für eine Stirling-Kältemaschine unter Verwendung des Herstellverfahrens und der Herstellvorrichtung für einen Regenerator, wie oben beschrieben, hergestellt wird, können Grübchen auf einfache und billige Weise kontinuierlich an der Oberfläche des Harzfilms ausgebildet werden. Dies kann die Herstellung einer Stirling-Kältemaschine in starkem Ausmaß vereinfachen. Ferner werden, da die Grübchen durch plastische Verformung des Harzfilms selbst ausgebildet werden, dieselben mit guter Reproduzierbarkeit und auf einfache Weise im Vergleich zum Fall ausgebildet, bei dem Grübchen dadurch auf herkömmliche Weise hergestellt werden, dass Abstandshalter angeklebt werden oder ein Siebdruckvorgang ausgeführt wird. So können ein Regenerator mit guter Wärmeaustauscheffizienz sowie eine Stirling-Kältemaschine mit hoher Effizienz billig hergestellt werden. Ferner kann, wenn Grübchen mechanisch durch Prägen mit einer Prägeform hergestellt werden, wie bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 3, möglicherweise feiner Staub auftreten. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Möglichkeit des Auftretens feinen Staubs beseitigt, und so ist es möglich, einen hoch zuverlässigen Regenerator herzustellen, der eine hervorragende Wärmeaustauscheffizienz zeigt.
  • (Beispiel)
  • Nun wird ein spezielles Beispiel beim Ausbilden von Grübchen durch das oben beschriebene Verfahren unter Verwendung eines Laserstrahls angegeben. Beim vorliegenden Beispiel wurde mit einer Dicke von 60 µm aufgewachsenes Polyethylenterephthalat als Harzfilm zum Aufbauen eines Regenerators verwendet. Als Laserstrahl zum Bestrahlen des Harzfilms wurde ein YAG-Laser (Yttriumaluminiumgranat-Laser) mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einem Fleckdurchmesser von ⌀ 0,3 mm, einer Bestrahlungsleistung von 50 mW und einer Bestrah lungszeit von 0,1 Sekunde verwendet. In diesem Fall wurde klargestellt, dass der Harzfilm nur eine plastische Verformung erfuhr, was zur Ausbildung eines Grübchens 10a führte, wie es in der 18B dargestellt ist. Das Grübchen 10a wies dabei einen Durchmesser d1 von ungefähr 0,4 mm am Boden und eine Höhe h1 von ungefähr 100 µm auf. Es handelte sich um ein feines Grübchen mit ungefährer V-Form.
  • Von den oben beschriebenen Bedingungen wurde die Einstrahlungszeit auf 0,15 Sekunde geändert. Dann wurde geklärt, dass ein Grübchen 10b mit einer Öffnung 10b1, wie in der 18C, gebildet worden war. Das Grübchen 10b wies dabei einen Durchmesser d2 von ungefähr 0,5 mm am Boden und eine Höhe h2 von ungefähr 85 µm auf. Es war ein feines, ringförmiges Grübchen.
  • Wie oben beschrieben, wurde geklärt, dass Grübchen verschiedener Größen und Formen dadurch gebildet werden können, dass der Fleckdurchmesser, die Bestrahlungsleistung und die Bestrahlungszeit des den Harzfilm bestrahlenden Harzfilms kontrolliert werden. Ferner wurde auch klargestellt, dass ein Grübchen unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsform mit gewünschter Form und Größe bei guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Die 19A ist eine schematische, perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Regenerators gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und die 19B ist eine schematische Draufsicht des Regenerators gesehen aus der durch einen Pfeil F in der 19A dargestellten Richtung. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Höhen der Grübchen an verschiedenen Positionen verschieden. Die Grübchen sind in den Figuren nicht dargestellt.
  • (Aufbau des Regenerators)
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist dafür gesorgt, dass die an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildeten Grübchen in der Ziehrichtung des Harzfilms 8 allmählich eine größere Höhe aufweisen. Die 19A und 19B zeigen den Zustand, in dem der mit einem derartigen Muster ausgebildete Harzfilms 8 um einen Wicklungsträger 14 gewickelt ist. Es ist dargestellt, dass der Zwi schenraum zwischen benachbarten Schichten des durch Aufwickeln aufgeschichteten Harzfilms nach außen hin zunimmt. Das heißt, dass in der 19B die Höhen der Zwischenräume zwischen den benachbarten Schichten der folgenden Beziehung genügen: g1 < g2 < g3 < g4.
  • (Funktionen und Wirkungen)
  • Im Allgemeinen ist der Wärmefluss, wie er in einen Regenerator hinein und aus ihm heraus strömt in seiner Höhenrichtung nicht konstant. Es ist bekannt, dass bei einer Stirling-Kältemaschine mit dem oben beschriebenen Aufbau am Außenumfang ein größerer Wärmefluss als im Innenbereich des Regenerators erzielt wird. So kann durch Einstellen der die Zwischenraumhöhen bestimmenden Grübchenhöhen entsprechend der Wärmeflussverteilung das Wärmeaustauschvermögen zwischen dem Arbeitsgas und dem Harzelement erhöht werden, und demgemäß kann die Funktion des Regeneratorfilms zum Sammeln/Abstrahlen von Wärme beträchtlich verbessert werden.
  • Um einen Regenerator dieses Typs herzustellen, kann beispielsweise das Verfahren zum Herstellen von Grübchen durch einen plastische Verformung, wie bei der obigen ersten Ausführungsform angegeben, verwendet werden. Es kann auch das bei der obigen vierten Ausführungsform angegebene Verfahren zum Herstellen von Grübchen durch Einstrahlen eines Laserstrahls verwendet werden. Beim Verfahren zum Herstellen von Grübchen durch Einstrahlen eines Laserstrahls können die Zwischenraumhöhen beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die Leistung beim Einstrahlen des Lasers synchron mit dem Zuführen des Harzfilms allmählich erhöht wird, um die Höhen der Grübchen zu erhöhen.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Die 20 ist eine schematische, Ausführungsform des Aufbaus eines Regenerators gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel eines Grübchenherstellmusters, bei dem die Höhen der an der Oberfläche des Harzfilms hergestellten Grübchen in solcher Weise kontinuierlich geändert sind, dass sie zur Ziehrichtung des Harzfilms allmählich höher werden, während gleichzeitig die Anzahlen der Grübchen pro Einheitsfläche zwischen der Seite des Kompressionsraums und der Seite des Expansionsraums verschieden sind.
  • (Aufbau des Regenerators)
  • Gemäß der 20 ist beim Regenerator der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Grübchen 10 pro Einheitsfläche auf der Seite des Expansionsraums (auf der Seite H in der Figur) größer als auf der Seite des Kompressionsraums (auf der Seite G in der Figur). Der Zwischenraum zwischen den Schichten des aufgeschichteten Harzfilms 8, wenn dieser um den Wicklungsträger 14 gewickelt ist, wird in Annäherung an den Außenumfang größer. Grübchen 10 im Inneren liegen in entsprechender Weise zur Seite des Expansionsraums hin dichter.
  • (Funktionen und Wirkungen)
  • Das im Regenerator strömende Arbeitsgas befindet sich auf der Seite des Expansionsraums auf niedrigerer Temperatur und auf der Seite des Kompressionsraums auf höherer Temperatur. Das Arbeitsgas niedrigerer Temperatur auf der Seite des Expansionsraums zeigt eine geringe Viskosität und strömt leicht. So kann durch Bereitstellen einer großen Wärmeübertragungsfläche die Wärmeaustauscheffizienz des Regenerators verbessert werden, wobei jedoch der Strömungswiderstand in gewissem Ausmaß zunehmen kann. Andererseits zeigt das Arbeitsgas höherer Temperatur auf der Seite des Kompressionsraums eine hohe Viskosität. So ist es zum Verbessern der Wärmeaustauscheffizienz des Regenerators besser, der Verringerung des Strömungswiderstands einen gewissen Vorzug gegenüber einer Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche zu geben.
  • Angesichts des Vorstehenden ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Grübchen pro Einheitsfläche zur Seite des Expansionsraums hin erhöht, während sie zur Seite des Kompressionsraums hin verringert ist. Dies macht den Strömungswiderstand für das Arbeitsgas über den gesamten Regenerator hinweg ungefähr gleichmäßig, um dadurch eine glatte und gleichmäßige Strömung des Gases zu gewährleisten. Im Ergebnis ist die Wärmesammelfunktion des Regenerators weiter verbessert. Wenn der Regenerator unter Verwendung des bei der obigen vierten Ausführungsform beschriebenen Grübchenherstellverfahrens durch Einstrahlen eines Laserstrahls hergestellt wird, können die Intervalle der Pulseinstrahlung beim Laserscannen auf der Seite des Kompressionsraums relativ länger als auf der Seite des Expansionsraums eingestellt werden.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Die 21 ist eine schematische Schnittansicht, die Formen von auf dem Oberfläche hergestellten Grübchen gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel eines Grübchenherstellmusters, bei dem zwei Typen von Grübchen auf der Oberfläche des Harzelements ausgebildet sind, wobei das eine Grübchen zum Trennen der Schichten des aufgeschichteten Films entspricht, während das andere Grübchen zum Gewährleisten einer größeren Wärmeübertragungsfläche entspricht.
  • (Aufbau des Regenerators)
  • Gemäß der 21 zeigen beim Regenerator gemäß der vorliegenden Ausführungsform die an der Oberfläche des Harzfilms 8 ausgebildeten Grübchen verschiedene Höhen. Größere Grübchen 17 dienen zum Trennen der Schichten des aufgeschichteten Films voneinander und kleinere Grübchen 16 dienen dafür, für eine größere Wärmeübertragungsfläche zu sorgen. Hierbei gilt für die Höhen die Beziehung h3 > h4.
  • (Funktionen und Wirkungen)
  • Durch Verwenden des vorliegenden Musters kann die Wärmeübertragungsfläche erhöht werden, während der Strömungswiderstand für das im Regenerator strömende Arbeitsgas niedrig gehalten wird. So ist es möglich, die Wärmeaustauscheffizienz für das durch den Regenerator strömende Arbeitsgas zu verbessern. Wenn dieser Regenerator unter Verwendung des Grübchenherstellverfahrens durch Einstrahlen eines Laserstrahls bei der obigen vierten Ausführungsform herzustellen ist, kann die Leistung oder die Zeit beim Lasereinstrahlen synchron mit dem Scannen des Lasereinstrahlens mit konstanter Periode geändert werden.
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 7 ist ein Harzfilm, der dadurch aufgeschichtet wurde, dass er mit Zylinderform aufgewickelt wurde, als Beispiel der Schichtstruktur des Harzfilms angegeben. Diese Konfiguration ermöglicht eine einfache und billige Herstellung eines Regenerators im Vergleich zum Herstellen eines Regenerators durch Zuschneiden oder Biegen eines Harzelements. Für den Regenerator gemäß der Erfindung besteht jedoch keine Ein schränkung auf diese Konfiguration. Der Harzfilm kann zugeschnitten werden, und Stücke können aufeinander geschichtet werden, oder er kann gebogen werden, um eine Schichtstruktur zu erzielen.
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 7 ist beispielhaft ein Harzfilm erläutert, dessen Oberfläche keine Beschichtung trägt. Alternativ kann er vorab mit einem dünnen Metallfilm hoher Wärmeleitfähigkeit wie Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff oder dergleichen, beschichtet werden. In diesem Fall werden, wenn die Laserstrahl-Bestrahlungseinrichtung als Grübchenherstelleinrichtung verwendet wird, ein Bestrahlen mit hoher Geschwindigkeit und ein Transport mit hoher Geschwindigkeit durch effiziente Absorption des Laserstrahls möglich, so dass die Produktivität weiter verbessert ist und die Fähigkeit des Regenerators zum Sammeln/Abstrahlen von Wärme ebenfalls verbessert ist.
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 3 ist eine Prägeform mit mehreren in einer Linie angeordneten Nadeln beispielhaft erläutert. Ohne spezielle Einschränkung hierauf können auch eine Prägeform mit einer einzelnen Nadel, eine Prägeform mit mehreren Reihen von Nadeln oder andere Prägeformen verschiedener Formen verwendet werden.
  • Bei der obigen vierten Ausführungsform ist der Laserscanmechanismus mit einem Polygonspiegel versehen. Ohne Einschränkung hierauf können ein Galvanospiegel, ein Ultraschall-Lichtablenker und andere Einrichtungen verwendet werden.
  • Die Höheneinstelleinrichtung bei der obigen dritten Ausführungsform ist selbstverständlich auch bei den anderen Ausführungsformen anwendbar.
  • Die Layoutmuster der Grübchen sowie die Formen, Höhen, Größen und Dichten der Grübchen, wie bei den jeweiligen obigen Ausführungsformen erläutert, sind bei beinahe allen entsprechend der Erfindung hergestellten Regeneratoren anwendbar, ohne Einschränkung auf das eine Muster, das unter Verwendung einer speziellen Grübchenherstelleinrichtung ausgebildet wird.
  • Ferner ist bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 7 ein in eine Stirling-Kältemaschine einzubauender Regenerator beispielhaft erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht spezielle hierauf eingeschränkt. Vielmehr ist die Erfindung bei jedem durch Aufschichten eines Harzfilms hergestellten Regenerator an wendbar, und selbstverständlich ist sie bei jeder beliebigen Vorrichtung anwendbar, die einen solchen Regenerator enthält.
  • Wie oben erläutert, ist es zu beachten, dass die hier offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht beschränkend sind. Der technische Umfang der Erfindung ist durch die Begriffe der Ansprüche definiert, und es sollen alle Modifizierungen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung, mit Äquivalenz zu den Begriffen der Ansprüche, enthalten sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Regenerator, der hoch zuverlässig, leicht und billig herstellbar ist und eine hohe Wärmeaustauscheffizienz zeigt, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen des Regenerators sowie eine mit dem Regenerator versehene Stirling-Kältemaschine zu schaffen.
  • Ferner ist es, gemäß der Erfindung, möglich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Regenerators zu schaffen, die einen erhöhten Designfreiheitsgrad von auf einem den Regenerator bildenden Harzfilm auszubildenden Grübchen gewährleisten und es erlauben, die Grübchen mit guter Reproduzierbarkeit und hohem Genauigkeitsgrad herzustellen.

Claims (7)

  1. Regenerator, der in einem Strömungskanal für ein Arbeitsgas angeordnet ist und dadurch hergestellt wurde, dass ein filmförmiges Harzelement (8) in einer die Strömungsrichtung des Arbeitsgases schneidenden Richtung aufgeschichtet wurde; wobei das Harzelement (8) einen Vorsprung (10) aufweist und der Vorsprung (10) für einen Spalt (9) zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements (8) sorgt; dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (10) dadurch hergestellt wurde, dass eine Oberfläche des Harzelements plastischer Verformung unterzogen wurde, wobei er an seiner Spitze eine Öffnung (10b1) aufweist.
  2. Regenerator nach Anspruch 1, bei dem das Harzelement (8) über mehrere Vorsprünge (10) verfügt; und an der Oberfläche des Harzelements (8) ein Vorsprung (10) der mehreren Vorsprünge (10) in einem vorgegebenen Bereich so eingestellt ist, dass er eine Höhe aufweist, die verschieden von der Höhe eines Vorsprungs (10) der mehreren Vorsprünge (10) in einem anderen Bereich ist.
  3. Regenerator nach Anspruch 1, bei dem der Strömungskanal für das Arbeitsgas zwischen einem Kompressionsraum (28) und einem Expansionsraum (29) einer Stirling-Kühlmaschine verläuft; das Harzelement (8) an seiner Oberfläche mehrere Vorsprünge (10) aufweist; die mehreren Vorsprünge (10) für einen Zwischenraum (9) zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements (8) sorgen; und an der Oberfläche des Harzelements (8) die Anzahl der Vorsprünge (10) pro Einheitsfläche mit abnehmendem Abstand vom Expansionsraum (29), im Vergleich zur Seite des Kompressionsraums (28), zunimmt.
  4. Stirling-Kühlmaschine, die mit einem Regenerator nach Anspruch 1 versehen ist.
  5. Stirling-Kühlmaschine, die mit einem Regenerator nach Anspruch 2 versehen ist, wobei der Strömungskanal für das Arbeitsgas zwischen einem Kompressionsraum (28) und einem Expansionsraum (29) verläuft; und die mehreren Vorsprünge (10) für einen Zwischenraum (9) zwischen Schichten des aufgeschichteten Harzelements (8) sorgen.
  6. Stirling-Kühlmaschine, die mit einem Regenerator nach Anspruch 3 versehen ist.
  7. Herstellvorrichtung für einen Regenerator nach Anspruch 1, mit: einer Transporteinrichtung (113) zum Transportieren des filmförmigen Harzelements (8) in einer Richtung; einer Vorsprung-Herstelleinrichtung (101, 201), um die Oberfläche des filmförmigen Harzelements (8) einer plastischen Verformung zum Ausbilden des Vorsprungs (10) zu unterziehen; und einer Höheneinstelleinrichtung (114) mit einem Paar von um einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernten Klemmelementen (114a, 114b), die auf der stromabwärtigen Seite der Vorsprung-Herstelleinrichtung (101, 201) so angeordnet sind, dass sie in einer die Oberfläche des filmförmigen Harzelements (8) schneidenden Richtung einander zugewandt sind, um die Höhe des durch die Vorsprung-Herstelleinrichtung (101, 201) hergestellten Vorsprungs (10) dadurch einzustellen, dass dafür gesorgt wird, dass das filmförmige Harzelement (8) durch einen Zwischenraum zwischen den Klemmelementen (114a, 114b) läuft.
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