JP2009537787A - 熱交換器アッセンブリ - Google Patents
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Abstract
ハウジング(120)の壁部(122)を越えて熱を伝達するための熱交換アッセンブリ(200)を開示する。このアッセンブリは、ハウジング(120)の外部に配置されて壁部(122)の外面と接触する内面を有する外側リング(210)を有する外側熱交換器と、ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体(240)と、内側支持体(240)の外面をハウジングの壁部(122)の内面に接続する複数の内側熱フィン(230)とを有する。
Description
本出願は、米国を除く全ての国の指定については、出願人米国内企業スーパーコンダクターテクノロジー社(SUPERCONDUCTOR TECHNOLOGIES INC.)の名で、また、米国のみの指定については、出願人ドイツ国民のアンドレアス・フィードラー(Andreas Fiedler)の名で、PCT国際特許出願として2007年5月17日に出願され、2006年5月19日出願の特許文献1および2007年5月17日出願の特許文献2の優先権を主張するものである。
本出願は、熱交換器に関する。より詳しくは、本発明は、ハウジング壁部の一部を通じてハウジングの内外の間で熱を伝達するための熱交換器アッセンブリに関する。
熱交換器は、典型的には、2つの媒体間で、媒体間での混合なしに、熱を伝導するために用いられる。熱交換器が用いられ得る典型的な環境では、第1の媒体が、壁部により第2の媒体から隔離される。熱交換器は、少なくとも壁部の一方側に取り付けられ、周囲の媒体との所望の熱交換量(heat exchange rate)を達成するために十分に大きい表面領域を提供する熱フィンなどの構造体を有する。
一例として、スターリング極低温冷凍機(Stirling cryocooler)またはスターリングエンジンなどのスターリングサイクルマシンでは、密閉されたハウジングが、その一部が周期的に圧縮膨張させられる作業ガス(working gas)を収容する。圧縮および他のソースにより生ぜられた熱は、ハウジングの外部に伝達され、発散されるものである。熱交換器の有効性は、カルノー効率に対するスターリングサイクルマシンの効率に著しい影響をもつ。スターリングサイクルマシンに関しては、熱交換器の種々の設計が存在する。例えば、無線電話ネットワーク用のベースステーションに用いられる超電導体フィルタ回路を冷やすためのいくつかの極低温冷凍機において、作業ガスから熱を発散させるための熱交換器アッセンブリは、外部熱交換器を有する。外部熱交換器は、極低温冷凍機のハウジングの円柱状の一部分のまわりで円周方向に分布され、その一部分から径方向に突出する熱フィンを有する。熱フィンは、銅板などの1つまたは複数の熱導体のひだ付きのシートから作られ、溶接、ろう接または接着材の使用によりハウジングに取り付けられる。典型的には、内部熱交換器は、作業ガスからハウジングへ熱を伝達するためにも用いられる。
かかる用途のための極低温冷凍機ハウジングは、典型的には、銅およびアルミニウムに比べて不良熱導体であるステンレス鋼を用いて構成される。そのため、ハウジング壁部は通常、壁部内で半径方向の温度勾配を最小化するために薄く(典型的には1mmより小さい壁厚)、その結果、熱交換器の領域における最大の熱伝導および最良の熱除去が可能とされる。しかし、ハウジング壁部の小さくされた厚さは、周方向における比較的高い熱抵抗または不良の熱伝導性をもたらす。円周の熱伝導に対する高抵抗は、熱交換器が正常に機能するには、熱が熱放射構造体のベース部へ周方向に適切に伝導される必要があるため、望ましくない。
特許文献3は、ハウジング壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器を開示する。熱交換器は、ハウジングの一部の外面に対して着座させられ、径方向外方に突出する外部熱フィンを支持する外側リングを有する。熱交換器は、ハウジング壁の一部の内面に対して着座させられ、径方向内方に突出する内側熱フィンを支持する内側リングをさらに有する。開示された熱交換器は、熱伝達および構造上の特徴において、先行技術より優れたいくつかの利点を有する。しかし、いくつかの用途においては、機械加工された熱フィンなどの剛体の内側熱フィンを有することが望ましい。特許文献3に開示されるような内方に突出する構成において、かかる熱フィンを作ることは非常に難しい。
さらに、いくつかの用途においては、スターリングサイクルマシンのハウジングおよび/または圧縮器ボア(compressor bore)などの他の構成ときわめて同心であるように、内側熱フィンの先端部により規定される内部通路を有することが望ましい。例えば、スターリングサイクルマシンにおける内部熱交換器とディスプレーサ(displacer)との間、および、ディスプレーサと同軸である圧縮器ボアと圧縮ピストンとの間など、所望の固定した構成要素と動作する構成要素との間における精密許容差を達成するには、しばしば、正確な位置合わせが必要とされる。特許文献3に開示される構成の場合には、位置合わせにおいて所望の精度を達成することが難しい。
これらのおよび他の理由から、改良された熱交換器アッセンブリの必要がある。
本出願は、改良された熱交換器アッセンブリを開示する。本発明の一実施形態では、銅やアルミニウムなどの熱導体で作られる外側リングが、外側熱フィンとハウジング壁部の外面との間に配置され、それにより、ハウジング壁部から外側熱フィンまでの改良された熱分布がもたらされる。銅やアルミニウムなどの熱導体で作られた内側支持体が、ハウジング壁部の内側に配置され、ハウジング壁部の内面に隣接する内側熱フィンを支持する。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。内側支持体は、焼き嵌めを含む様々な方法により、内側熱フィンがハウジング壁部と直接接触することを可能とする構造上の支持(backing)をもたらす。内側熱フィンは、プレス嵌め、焼き嵌め、またはその他の方法でハウジング壁部に接合されることが可能であり、外側リングは、プレス嵌め、焼き嵌め、またはその他の方法でハウジング壁部に接合されることが可能である。
本発明の別の実施形態では、スターリングサイクルマシンの構成要素が、室内ガス容積を規定して、室内ガス容積内に作業ガスを密閉するように適合された壁部を有するハウジングであって、室内作業ガス容積が、作業ガスが間欠的な圧縮および膨張を受ける圧縮領域を有するハウジングと、そのハウジングの外部に配置されて壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、その外側リングから突出する複数の外側熱フィンと、ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、内側支持体の外面をハウジングの壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンとを有している。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。
本発明の別の実施形態では、熱交換器アッセンブリが、ハウジングの外部に配置されて壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、その外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンと、壁部の内面から内方に突出する複数の内側熱フィンとを有する。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。内側熱フィンは、ろう接および半田付けを含む方法によりハウジング壁部の内面に取り付けられ得る。
本発明の別の実施形態では、ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリを作る方法が、外側リングの内面が壁部の外面に接触するように、ハウジングの外部に外側リングを配置するステップと、外側リング上に複数の外側熱フィンを配置するステップと、ハウジングの内部に内側支持体を配置するステップと、内側フィンの少なくとも一部および外側リングの少なくとも一部が、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込むように、複数の内側熱フィンを用いて、壁部の内面と内側支持体の外面とを接続するステップとを有している。内側熱フィンは、ハウジング壁部に焼き嵌めされることが可能であり、また、外側リングは、ハウジング壁部に焼き嵌めされることが可能である。
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読むことで、また、図面を参照することで明らかになるであろう。
本発明は、様々な変更および代替的な形式をとることができる一方、その特定の実施形態が、図面における例によって示され、詳細にここに記述される。しかし、特定の実施形態のここでの記述は、本発明を、開示された特定の形式に限定することを意図するものでなく、それどころか、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲内に含まれる全ての変更、均等物および代替物をカバーすることを意図するものであることが理解されるべきである。
様々な実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明されるであろう。ここでは、同様の参照符号が、いくつかの図を通じて、同様の部品およびアッセンブリを表す。様々な実施形態の参照は、本明細書に添付された請求の範囲を限定するものでない。加えて、この明細書に記述されるいかなる例も、限定事項でなく、添付の請求の範囲に関する多くの可能な実施形態のいくつかを単に記述するものとされる。具体的には、ここに図示された実施形態は、スターリング極低温冷凍機などのスターリングサイクルマシンの状況において説明されるが、スターリングサイクルマシンに限定されない他の実施形態が可能である。
図1を参照すれば、本発明の一実施形態において、熱交換器アッセンブリが、極低温冷凍機100として構成されたスターリングサイクルマシンに採用される。極低温冷凍機100は、長手方向軸150に沿って配置される様々な直径の部分を備えた、密閉された円柱状のハウジング120を有する。ハウジング120内のガススペースは、全体として、シールにより作業スペース124およびバウンススペース(bounce space)126に分割される。ハウジング120は、一端部で、ディスプレーサアッセンブリ(displacer assembly)114を収容する低温フィンガー(cold finger)110を有する。低温フィンガー110は、また、ハウジング120の外部から作業スペース124に閉じ込められた作業ガスへ熱を伝達する役目をする低温熱交換器(cold heat exchanger)、または、熱受容体ユニット(heat acceptor unit)112を有する。極低温冷凍機ハウジング120は、また、圧縮領域160における作業ガスの一部を圧縮したり膨張させたりするために、その室内容積(interior volume)において、リニアモータ170およびそのモータにより駆動されるピストン180を閉じ込める。極低温冷凍機100は、真空チャンバにて熱受容体ユニット112を配置するためにも用いられる真空フランジ130をさらに有する。加えて、暖熱交換器アッセンブリ200(warm heat exchanger assembly)が、作業ガスからハウジング120の外部へ熱を発散させるために、圧縮領域160と熱的接触するように配置される。
スターリング極低温冷凍機の全体的な構造および働きを含む、スターリングサイクルマシンの全体的な構造および働きは、当該技術においてよく知られている。例えば、ステンレス鋼の単一部品から引き出された異なる直径を有するハウジング部分を備えたスターリング極低温冷凍機が、特許文献4において開示される。前述した米国特許第7137259号は、引用することにより本明細書に組み込まれる。
図2を参照すれば、この例示的な実施形態における暖熱交換器アッセンブリ200が、ハウジング120のハウジング壁部122の外側における外側熱フィン220と、ハウジング壁部122の外面に対して着座させられ、外側熱フィン220を支持する外側リング210と、を有する。アッセンブリは、ハウジング120のハウジング壁部122の内側における内側熱フィン230をさらに有する。アッセンブリ200は、内側熱フィン230の内側に配置され、内側熱フィン230に接触する内側支持部材240をさらに有する。外側リング210の少なくとも一部、および、内側熱フィン230の少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。つまり、外側リング210の少なくとも一部、および、内側熱フィン230の少なくとも一部は、長手方向軸150に沿った同じ軸方向の位置領域(図7aおよび7bに示される例におけるl)を占有する。
本発明の例示的な実施形態では、内側支持部材240が、内側熱フィン230と一体化される。つまり、内側支持部材240および内側熱フィン230の両方が、単一の始めの部品(starting piece)から作り出される。例えば、フィンは、機械加工、水切断、レーザ切断、化学エッチングおよび他の適切な技術により、始めの部品から材料を取り除くことにより内側支持部材240上に形成され得る。内側熱フィン230および内側支持部材240の一体化構造は、また、金型鋳造、粉末冶金および金属部品を作るためのいかなる他の適切な技術によっても形成され得る。代替的には、内側熱フィンが、内側支持部材240から別個に加工され、溶接、ろう接および半田付けを含むいかなる適切な技術によっても、内側支持部材240に取り付けられ得る。
内側熱フィン230は、プレス嵌め、焼き嵌め、および、伝導性のある接着剤での接合を含む種々の適切な方法によりハウジング壁部122に取り付けられ得る。この例示的な実施形態では、内側熱フィン230が、焼き嵌めによりハウジング壁部122に取り付けられる。焼き嵌め工程に耐えるために必要な剛性が、内側熱フィン230および内側支持部材240の組合せ構造によりもたらされる。この場合における内側支持部材240および内側熱フィン230は、ステンレス鋼で作られるハウジング壁部122よりも高い熱膨張係数を有するアルミニウムで作られる。他の適切な材料の組合せがまた用いられ得る。例えば、銅、その合金またはより高い熱伝導性を有する他の材料が用いられ得る。銅など、焼き嵌めが適切でないように、内側フィンの熱膨張係数がハウジング壁部のそれに同等である場合には、プレス嵌めおよび接合等の他の方法が、ハウジング壁部122に内側熱フィン230を取り付けるために用いられ得る。焼き嵌めによりハウジング壁部122に内側熱フィン230を取り付ける際には、熱フィン230および内側支持体240のアッセンブリが、ハウジング壁部122の内側に配置される前に、ハウジング壁部122よりも低い温度を有する例えば液体ニトロゲンなどの媒体中に配置される。温められるに際し、熱フィン230および内側支持体240のアッセンブリは、ハウジング壁部122に対して焼き嵌めされることになる。代替的には、ハウジング壁部122が、内側熱フィン230にわたりスライドさせられる前に加熱され、その後に冷却することが可能とされる。焼き嵌めは、内側熱フィン230が、接合された構成要素に不均一な変形をもたらす傾向をもつ溶接、ろう接および半田付けなどの他の接合技術の必要なしに、ハウジング壁部122に取り付けられることを可能とする。
ディスプレーサを有するスターリングサイクルマシン等のいくつかの用途に関して、内面250により規定される開口を通じて動作するスライド部材(例えばディスプレーサ)を収容するために、図2に示されるように、内面250が、内側支持体240にて形成され得る。さらに、例示的な実施形態における内面250は、ハウジング120、および/または、スターリングサイクルマシンの圧縮器ボア等の他の構成要素と同心になるように、また、スライド部材用のシールおよび/または軸受面として作用するのに十分に滑らかであるように磨かれまたは研がれる。例えば、スターリング極低温冷凍機に関する実施形態では、内面250が、ディスプレーサを収容するように寸法設定され、また、ディスプレーサシールを形成するために、また、ディスプレーサガス軸受を実現するために、必要な許容差および滑らかさを有する。ディスプレーサは、ディスプレーサ面と内側支持体240の内面250との間に、圧縮されたガスを排出するためのガスポートを有する。
図2を再び参照すれば、外側リング210が、ハウジング壁部122と外側熱フィン220との間に配置され、それらと接触する。本発明のこの例示的な実施形態では、外側リング210が、ハウジング壁部122を周方向に取り囲む円筒環状リング(cylindrical annular ring)である。この例示的な実施形態における外側リング210は、ハウジング壁部122用の材料の熱伝導性より高い熱伝導性を有する材料で作られる。例えば、ハウジング壁部は、典型的には、ステンレス鋼で作られる。かかる場合には、より高い熱伝導性を有する銅、アルミニウムまたはそれら各々の合金または他の材料が、外側リング用に用いられ得る。
前述したように、周方向における低熱流抵抗が、熱交換器の適切な機能にとって重要であり、また、先行技術は、外側および内側リングの両方を用いることにより、この問題に対処する。この点に関して、本発明の例示的な実施形態は、先行技術に用いられる2つのリングと同じ機能性を達成すべく、単一の外側リング210を採用し、それにより、必要とされる構成要素が削減され、製造工程が簡単化される。
外側リング210は、種々の方法によりハウジング壁部122に取り付けられ得る。例えば、樹脂に埋め込まれた金属粒子を有する、熱伝導性接着剤などの良好な熱伝導特性を備えた接着剤が、ハウジング壁部122に外側リング210を接合するために用いられ得る。外側リング210は、また、ハウジングの内部に内側熱フィンを焼き嵌めする場合について前述されるのと同様の方法で、プレス嵌め、焼き嵌めまたはそれ以外の方法でハウジング壁部122に接続される。例えば、アルミニウム外側リング210が、ステンレス鋼ハウジング120の一部にわたり滑らされる前に加熱され、その後に、ハウジング120上に焼き嵌めすべく冷却され得る。本発明の他の実施形態では、外側リング210とハウジング壁部122との間におけるいかなるギャップをもシールするために、焼き嵌め前に、外側リング210とハウジング壁部122との間にシーリング材が適用される。このことは、外側リングが、ガス密閉チャンバ用のフランジ(例えばスターリング極低温冷凍機における真空フランジ)に接続されるまたはその一部として用いられる用途において、有用である。当該技術においてよく知られる様々なシーリング材が、特定の用途に見合うべく用いられ得る。
ハウジング壁部122から離れるように熱を伝導するのに加えて、外側リング210は、前述したように典型的には非常に薄いハウジング壁部122の構造上の一体性を向上させる役目もする。スターリング冷凍機の用途において、ハウジング120の内側は、典型的には、加圧される。そのため、スターリング冷凍機の用途において、外側からハウジング壁部122を補強することが、特に望ましく、また、典型的には、より効果的である。
外側熱フィン220は、溶接、ろう接および接着剤を用いた接合を含む種々の方法により、外側リング210に取り付けられ得る。外側熱フィン220を外側リング210に取り付ける代わりに、外側熱フィン220が、内側熱フィン230について前述されるのと同様の方法で、外側リング210と同じ材料の始めの部品から作られ得る。
前述される構造の代替物として、熱フィン220、230が、1つまたは複数の銅などの薄い金属のひだ付きシートから構成され得る。それらは、特定のデザインに見合うべく必要なように、種々の方法で形状付けられ得る。例えば、さらに図3を参照すれば、外側熱フィン220が、1つまたは複数の薄銅のひだ付きシートから構成されるフィン322を有するが、他の熱導体から、また、特定の用途に適した他の形式で構成されることが可能である。例えば、図4に示されるように、外側熱フィン420の熱フィン422は、個々の銅シートから構成されることが可能である。
本発明のさらなる例示的な実施形態では、図5および6に示されるように、内側熱交換器500が、前述した例示的な実施形態における内側熱交換器と同様の内側熱フィン530および内側支持部材540を有する。加えて、環状リング部分590が、内側熱フィン530および内側支持部材540に接続される。この実施形態における環状リング部分590は、外側で、熱フィン530と径方向に同一の広がりをもち、また、内側にあるとともに内側熱フィン530間における溝部532に流体連通するチャンバ592を規定する。環状リング部分590およびハウジング壁部122は、内側熱交換器500が、その内側熱交換器500の長手方向軸550がハウジング120の長手方向軸150と位置合わせされつつハウジング120に組み込まれる場合に、作業スペースとバウンススペースとの間のシールを形成する。
この例では、熱交換器500、環状リング部分590、内側熱フィン530および内側支持部材540が、円筒ストックにおいて溝部532(すなわち内側熱フィン530間のスペース)を部分的にストックの長さにわたり切ることにより作られる一体部品である。環状リング部分590、内側熱フィン530および内側支持部材540の一体でない構成もまた用いられ得る。
前述されたいくつかの他の実施形態におけるように、内側熱交換器500が、プレス嵌め、焼き嵌めまたは他の接合方法により、内側フィン530および環状リング部分590の両方がハウジング壁部122と接触しつつ、ハウジング120に取り付けられ得る。環状リング部分590、内側熱フィン530および内側支持部材540が一体部品である例において、熱交換器500の全体が、概して、ハウジング120に取り付けられ得る。環状リング部分590、内側熱フィン530および内側支持部材540の一体でない構成が用いられる場合には、環状リング部分590および内側熱フィン530が、プレス嵌め、焼き嵌めまたは他の接合方法によりハウジング120に取り付けられ得る。内側支持部材540は、さらに、内側熱フィン530の内部にプレス嵌め、焼き嵌めまたは他の方法で接合され得る。さらに、外側リング210とともに、シーリング材が、環状リング部分590とハウジング壁部122との間で、それらの間のいかなるギャップをも排除して、ガス密閉シールをさらに保証するために適用されることが可能である。
本発明の別の実施形態では、内側支持部材540が省略され、内側熱フィン530が環状リング部分590により完全に支持される。
本発明のさらなる代替的な実施形態が、図8に概略的に示される。この実施形態において、熱交換器アッセンブリ800は、図2に示される熱交換器アッセンブリ(200)と同様であるが、外側熱フィンをもたない。この例示的な実施形態における交換器アッセンブリ800は、ハウジング壁部122の外面に対して着座させられる外側リング810を有する。アッセンブリ800は、ハウジング壁部122の内側で内側熱フィン830をさらに有する。アッセンブリ800は、内側熱フィン830の内側に配置され、その内側熱フィン830に接触する内側支持部材840をさらに有する。
任意に、図8に示される実施形態が、外側リング810へまたは外側リング810から熱を伝達するために、付加的な熱伝達構造、または、付加的な熱伝達構造を取り付けるための用意をさらに有することが可能である。図8においてラベル850の符号で示されるように、これらの構造および用意は、水等の熱伝達流体を運ぶために、外側リング810の表面に取り付けられる管類、または、外側リング810内に形成された溝部を有することが可能である。それらの構造および用意は、また、大きな熱質量を備えた大量の材料などの、ヒートシンクを有することも可能である。さらなる例は、熱伝達構造を取り付けるために、外側リング810において、凹部、突出部または他の構造を有する。
図9に概略的に示される本発明の別の例示的な実施形態では、熱交換器アッセンブリ900が、ハウジング壁部122の内側にある内側熱フィン930と、内側に配置され内側熱フィン930と接触する内側支持部材940とを有する。いくつかの他の例示的な実施形態と異なり、この場合における熱交換器アッセンブリ900は、リング形状の外側の熱交換器部分をもたない。代わりに、熱交換器アッセンブリ900は、熱をハウジング壁部122へまたはハウジング壁部122から伝達するために、他の外側の熱伝達構造、または、外側の熱伝達構造を取り付けるための用意を有する。図9においてラベル950の符号で示されるように、これらの構造および用意は、ハウジング壁部122の外面に取り付けられる管類を有することが可能である。それらの構造および用意は、また、大きな熱質量を備えた大量の材料などの、ヒートシンクを有することも可能である。体積材料(volume material)は、水、他の流体またはガスなどの熱伝達流体を運ぶための溝部952をさらに有することが可能である。さらなる例は、熱伝達構造を取り付けるために、ハウジング壁部122において、凹部、突出部または他の構造を有する。
そのため、本発明の例示的な実施形態は、先行技術のデバイスおよび方法より優れたいくつかの利点を提供する。内側支持体から外方に突出する内側熱フィンの製造の容易さ、内側熱フィンをハウジングに接触させるための焼き嵌め工程との適合性、および、内面を通じて可動に配置されるスライド部材との、ガス軸受またはシールまたは両方を形成するための内側支持体の内面の正確な位置合わせとの適合性が利点のなかに含まれる。
前で参照された全ての特許および発行物は、引用することにより本明細書に組み込まれる。本発明が、当業者に明らかであり本明細書での教示の利点を有する異なるが同等の様式で変更され実施されてもよいように、前に開示された特定の実施形態は、単に例示的なものである。さらに、請求の範囲に記載される以外では、ここに示される構成またはデザインの詳細が、一切限定されるものでないとされる。それゆえ、前述された特定の実施形態が変更されてもまたは改良されてもよく、全てのかかる変化が本発明の範囲および精神内で考えられることが明らかである。したがって、ここで求められる保護は、請求の範囲に記述されるようなものである。
100 極低温冷凍機
110 低温フィンガー
112 熱受容体ユニット
114 ディスプレーサアッセンブリ
120 ハウジング
122 ハウジング壁部
124 作業スペース
126 バウンススペース
130 真空フランジ
150 長手方向軸
160 圧縮領域
170 リニアモータ
180 ピストン
200 暖熱交換器アッセンブリ
210 外側リング
220 外側熱フィン
230 内側熱フィン
240 内側支持部材
250 内面
322 フィン
420 外側熱フィン
422 熱フィン
500 内側熱交換器
530 内側熱フィン
532 溝部
540 内側支持部材
550 長手方向軸
590 環状リング部分
592 チャンバ
800 熱交換器アッセンブリ
810 外側リング
830 内側熱フィン
840 内側支持部材
850 ラベル
900 熱交換器アッセンブリ
930 内側熱フィン
940 内側支持部材
950 ラベル
952 溝部
110 低温フィンガー
112 熱受容体ユニット
114 ディスプレーサアッセンブリ
120 ハウジング
122 ハウジング壁部
124 作業スペース
126 バウンススペース
130 真空フランジ
150 長手方向軸
160 圧縮領域
170 リニアモータ
180 ピストン
200 暖熱交換器アッセンブリ
210 外側リング
220 外側熱フィン
230 内側熱フィン
240 内側支持部材
250 内面
322 フィン
420 外側熱フィン
422 熱フィン
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530 内側熱フィン
532 溝部
540 内側支持部材
550 長手方向軸
590 環状リング部分
592 チャンバ
800 熱交換器アッセンブリ
810 外側リング
830 内側熱フィン
840 内側支持部材
850 ラベル
900 熱交換器アッセンブリ
930 内側熱フィン
940 内側支持部材
950 ラベル
952 溝部
Claims (42)
- ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングを有する外側熱交換器と、
前記ハウジングの内側に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む複数の内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。 - 前記内側熱フィンが、前記内側支持体と一体化されている、請求項1に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側リングが、前記ハウジング上に焼き嵌めされ、また、前記内側支持体および内側熱フィンが、前記ハウジング内に焼き嵌めされている、請求項2に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側リング、内側支持体および内側熱フィンが、前記壁部より高い熱膨張係数を有する材料で作られている、請求項3に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側リング、内側支持体および内側熱フィンが、アルミニウムで作られている、請求項4に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側熱交換器が、前記外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンをさらに有する、請求項1に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側熱フィンが、前記外側リングに対して溶接される、半田付けされるまたは熱伝導性接着剤により接合される、請求項6に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記内側支持体が、内面をさらに有する、請求項1に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記内側支持体の内面が、スライド部材が、前記内側支持体の内面にわたり可動に配置されつつ、ガス軸受またはシール部分またはその両方を形成するように構成されている、請求項8に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 固体の環状リング部分をさらに有し、前記環状リング部分が、前記内側支持体または内側フィンに接続されるとともに、前記環状リング部分がハウジング内に組み込まれる場合に、前記ハウジングの壁部の内面と接触するように構成された外面を有する、請求項8に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記環状リング部分が、前記内側支持体または内側熱フィンまたは両方と一体化されている、請求項10に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記環状リング部分の外面上に、シーリング部材をさらに有する、請求項11に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 室内容積(interior volume)を規定して前記室内容積内に作業ガスを密閉するように適合された壁部を有するハウジングであって、前記室内容積が、前記作業ガスが間欠的な圧縮および膨張を受ける圧縮領域を有するハウジングと、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングを有する外側熱交換器と、
前記外側リングに接続される複数の外側熱フィンと、
前記ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む内側熱フィンとを有するスターリングサイクルマシンの構成要素。 - 前記内側熱フィンが、前記内側支持体と一体化されている、請求項13に記載の構成要素。
- 前記外側リングが前記ハウジング上に焼き嵌めされるとともに、前記内側支持体および内側熱フィンが前記ハウジング内に焼き嵌めされる、請求項14に記載の構成要素。
- 前記外側リング、内側支持体または内側熱フィンが、前記壁部より高い熱膨張係数を有する材料で作られる、請求項15に記載の構成要素。
- 前記外側リングと前記ハウジングとの間に、シーリング材をさらに有する、請求項15に記載の構成要素。
- 前記外側リング、内側支持体または内側熱フィンがアルミニウムで作られ、また、前記ハウジング壁部が、少なくとも前記外側リングおよび複数の内側熱フィンと接触する部分において、ステンレス鋼で作られる、請求項16に記載の構成要素。
- 前記内側支持体が、内面を有する、請求項13に記載の構成要素。
- 前記内側支持体の内面が、スライド部材が前記内側支持体の内面を通じて可動に配置されつつ、ガス軸受またはシール部分または両方を形成するように構成される、請求項19に記載の構成要素。
- ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、
前記外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンと、
前記壁部の内面から内方へ延びる複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。 - 前記内側熱フィンが、前記壁部の内面に対して、ろう接される、半田付けされるまたは熱伝導接着剤で接合される、請求項21に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記内側熱フィンが、前記ハウジングに焼き嵌めされる、請求項21に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側熱フィンが前記外側リングに焼き嵌めされる、請求項21に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 固体の環状リング部分をさらに有し、前記環状リング部分が、前記内側フィンに接続され、前記環状リング部分が前記ハウジング内に組み込まれた場合に、前記ハウジングの壁部の内面と接触するように構成された外面を有する、請求項21に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記環状リング部分が、前記内側熱フィンと一体化されている、請求項25に記載の熱交換器アッセンブリ。
- ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリを作る方法であって、
前記ハウジングの外部の外側リングを有する外側熱交換器を、前記外側リングの内面が前記壁部の外面と接触するように配置するステップと、
前記外側リング上に複数の外側熱フィンを配置するステップと、
前記ハウジングの内部に内側支持体を配置するステップと、
内側熱フィンの少なくとも一部および前記外側リングの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込むように、複数の内側熱フィンを用いて、前記壁部の内面と前記内側支持体の外面とを接続するステップとを有する方法。 - 前記内側支持体および前記複数の内側熱フィンを、同じ部品材料から構成するステップをさらに有する、請求項27に記載の方法。
- 構成するステップが、前記部品から材料を除去することにより、前記内側支持体および内側熱フィンを有する一体本体を形成するステップを有する、請求項28に記載の方法。
- 除去するステップが、機械加工を有する、請求項29に記載の方法。
- 前記内側支持体を通じて開口を形成するステップをさらに有する、請求項27に記載の方法。
- 前記外側リングを配置するステップが、前記ハウジング上に前記外側リングを焼き嵌めするステップを有するとともに、前記内側熱フィンを用いて前記壁部の内面および前記内側支持体の外面を接続するステップが、前記ハウジング壁部の内側で、前記ハウジング壁部に対して前記内側熱フィンおよび前記内側支持体を焼き嵌めするステップを有する、請求項27に記載の方法。
- 前記ハウジング上に前記外側リングを焼き嵌めするステップが、前記ハウジングよりも高い温度を前記外側リングに受けさせるステップと、前記ハウジングよりも低い温度を前記内側熱フィンおよび内側支持体に受けさせるステップとを有する、請求項32に記載の方法。
- 複数の外側熱フィンを前記外側リングに焼き嵌めするステップをさらに有する、請求項32に記載の方法。
- 前記外側リングと前記ハウジング壁部との間にシーリング材を加えるステップをさらに有する、請求項32に記載の方法。
- 前記外側熱交換器が、前記外側リングに熱的接触し、前記外側リングからまたは前記外側リングへ熱を伝達するように構成された熱伝達構造体をさらに有する、請求項1に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記熱伝達構造体が、熱伝達流体を運ぶように構成された管類または溝部を有する、請求項36に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記外側リングが、前記外側リングに熱伝達構造体を取り付けるように構成された取付構造体を有する、請求項1に記載の熱交換器アッセンブリ。
- ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。 - 前記ハウジング壁部の外面と熱的接触する外側熱伝達構造体をさらに有し、前記外側熱伝達構造体の少なくとも一部、および、前記内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む、請求項39に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記熱伝達構造体が、熱伝達流体を運ぶように構成された管類または溝部を有する、請求項40に記載の熱交換器アッセンブリ。
- 前記ハウジング壁部に熱伝達構造体を取り付けるように構成された取付構造体をさらに有する、請求項39に記載の熱交換器アッセンブリ。
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