JP2012532277A5 - - Google Patents

Claims (20)

1. 熱エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を行うためのスターリングサイクル変換器装置であって、当該装置は、
   ハウジングを有し、
   前記ハウジングの中に配置された圧縮室を有し、該圧縮室は、該圧縮室の容積を変化させるように作動し得る少なくとも第１のインタフェースを持っており、
   前記ハウジングの中に配置された膨張室を有し、該膨張室は、該膨張室の容積を変化させるように作動し得る第２のインタフェースを少なくとも持っており、
   前記圧縮室と前記膨張室の各々と流体連絡している熱再生器を有し、該熱再生器は、該再生器を第１の方向に通って流れるガスから熱エネルギーを受け取ることと、該再生器を第１の方向とは反対の方向に通って流れるガスへ熱エネルギーを引き渡すこととを、交互に行うように作動可能であり、前記圧縮室と前記膨張室と前記再生器とが一緒になって、加圧された作動ガスを収容する作動容積を定めており、前記第１及び第２のインタフェースの各々は、変換器軸と一線上にそろった方向への往復運動のために構成されており、該往復運動は前記膨張室と前記圧縮室との間で作動ガスの周期的な交換を引き起こすように作動可能であり、
   前記第１及び第２のインタフェースの少なくとも１つは、
   弾力性を有するダイヤフラムを有し、
   前記ダイヤフラムと前記ハウジングとの間に結合された円筒形の管状バネを有し、該管状バネは、該ダイヤフラムによって該管状バネに分与された力に応じて、前記変換器軸と概して一線上にそろった方向へと弾性的に変形し、前記第１及び第２のインタフェースの少なくとも１つに所望の固有振動数を持たせるように構成されている、
   前記装置。
2. 前記第１のインタフェースが、弾力性を有するダイヤフラムを有し、
   前記第２のインタフェースが、前記膨張室と前記圧縮室との間に配置されたディスプレーサを有し、該第２のインタフェースの往復運動が、前記膨張室と前記圧縮室の双方の容積を変化させるように作動し得る、請求項１に記載の装置。
3. 前記膨張室が、前記ディスプレーサの第１の表面と前記ハウジングの壁との間に定められており、該ディスプレーサの第１の表面は、該ディスプレーサの往復運動を許容するように構成されたたわみ部を備え、前記壁の中心部分は、該ディスプレーサの往復運動に対応するため、前記壁の周辺部分に対して前記ディスプレーサから前記変換器軸に沿って片寄っている、請求項２に記載の装置。
4. 前記圧縮室が、前記ディスプレーサの第２の表面と前記ダイヤフラムとの間に定められており、該ディスプレーサの前記第２の表面は、該ディスプレーサの往復運動を許容するように構成されたたわみ部を備え、前記ダイヤフラムの中心部分は、該ディスプレーサの往復運動に対応するため、前記ダイヤフラムの周辺部分に対して前記変換器軸に沿って片寄っている、請求項２に記載の装置。
5. 前記ディスプレーサがたわみ部を有し、該たわみ部は、
   周辺部分を有し、
   中心部分を有し、かつ、
   前記周辺部分と前記中心部分との間に延びる中間屈曲部分を有し、前記ディスプレーサの往復運動中に実質的に該中間屈曲部分において屈曲が起こるように、該屈曲部分が構成されている、
   請求項２に記載の装置。
6. 前記周辺部分と、前記中間屈曲部分と、前記中心部分とが、一緒になって前記たわみ部の厚さプロフィールを定めており、かつ、該厚さプロフィールは、前記たわみ部が有効面積を持つように選択されており、該有効面積は、前記ディスプレーサの往復運動が第１のインタフェースの往復運動に対して所望の位相角だけ位相を外れるようにするものであり、該有効面積は、往復運動中の前記たわみ部の変形に起因して、該たわみ部の物理的な領域よりも小さいものである、請求項５に記載の装置。
7. 前記たわみ部の厚さプロフィールが、当該装置の往復の相補的な振動が存在しないときに、前記ディスプレーサに前記所望の位相角での往復運動を与えるための有効面積を前記たわみ部が有するように選択される、請求項６に記載の装置。
8. 前記たわみ部は、前記膨張室の容積を変化させるように作動し得る第１のたわみ部を有し、前記ディスプレーサは、前記圧縮室の容積を変化させるように作動し得る第２のたわみ部を更に有し、前記第１及び第２のたわみ部は、間隔を置いて離されかつ対応した往復運動のために構成され、
   前記第２のたわみ部は、
   周辺部分を有し、
   中心部分を有し、かつ、
   前記周辺部分と前記中心部分との間に延びる中間屈曲部分を有し、往復運動中に実質的に該中間屈曲部分において屈曲が起こるように、該中間屈曲部分が構成されている、
   請求項５に記載の装置。
9. 当該装置が、前記第１及び第２のたわみ部同士の間に配置された絶縁材料をさらに有し、該絶縁材料は、前記膨張室と前記圧縮室との間に熱絶縁を提供するように作動し得るものである、請求項８に記載の装置。
10. 前記第１及び第２のたわみ部が、それらの間に絶縁容積を定めており、該絶縁容積は、前記作動ガスよりも低い熱伝導率を有する絶縁ガスを受け入れるように作動し得るものである、請求項８に記載の装置。
11. 前記管状バネが、前記加圧された作動ガスを収容するように配置された少なくとも一部分を備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記管状バネが内腔を有し、かつ、当該装置が、前記ダイヤフラムへ機械的に結合されて前記管状バネの前記内腔の内部で外側に延びるロッドをさらに有し、該ロッドは、前記変換器を電気機械的な変換器へ連結することを容易にするように作動し得るものである、請求項１に記載の装置。
13. 前記ダイヤフラムが、無限の疲労寿命で作動し得る材料を有し、該ダイヤフラムは、該ダイヤフラムを渡る厚さプロフィールを有し、前記ダイヤフラムを渡る応力密度が前記材料の疲労閾値限度より下に低減されることを引き起こすように前記厚さプロフィールが選択されている、請求項１に記載の装置。
14. 前記作動ガスが、前記ダイヤフラムの第１の表面を押し、かつ、当該装置が、前記ダイヤフラムの第２の表面を押す加圧ガス体積を収容するための反発室をさらに有し、かつ、
    前記反発室の容積が、前記往復運動中に前記ダイヤフラムによって押し退けられる行程容積よりも十分大きくなるように選択されて、該反発室の中の圧力振動が低減されるようになっており、これにより、該反発室中の前記ガス体積に関係したヒステリシス損失が低減されており、かつ、
    当該装置が、前記膨張室と圧縮室の中の作動ガスと、前記反発室中のガス体積との間のガス連絡を容易にするための均等化導管をさらに有し、該均等化導管は、前記作動ガスと前記反発室の内部のガス体積との間の静圧均等化を許容するサイズであると同時に十分に狭く、当該変換器装置の作動サイクル数に対応する期間中の著しいガス連絡を防止する、請求項１に記載の装置。
15. 当該装置が、さらに、
    前記膨張室と連絡している第１の熱交換器を有し、
    前記圧縮室と連絡している第２の熱交換器を有し、これら第１及び第２の熱交換器同士の間に前記熱再生器が配置されており、かつ、
    前記第１及び第２の熱交換器の各々は、前記ハウジングの内部に前記変換器軸に関して周囲に配置され、それぞれの前記室へまたは前記室から流れる作動ガスを受け取るように、かつ、前記作動ガスの流れの方向を変えて前記再生器を通過させるように構成されている、
    請求項１に記載の装置。
16. 前記第１及び第２の熱交換器の各々が、高さよりも大きい横方向の広がりを有し、前記熱交換器を通る概して横方向へのガス流を引き起こすように構成されている、請求項１５に記載の装置。
17. 前記第１及び第２の熱交換器の各々が、前記再生器と連絡している実質的に横方向に延びるインタフェースを有し、前記インタフェースの近位で前記作動ガス流の方向変えが起こる、請求項１５に記載の装置。
18. 前記膨張室が、該膨張室と前記圧縮室との間での熱伝導を低減するための十分な熱絶縁を提供する寸法の絶縁壁によって、前記圧縮室から分離されており、かつ、
    当該装置が、さらに、
    前記膨張室と前記第１の熱交換器との間、または
    前記圧縮室と前記第２の熱交換器との間、
    のうちの少なくとも１つにおいて、作動ガスを方向づけるための少なくとも１つのアクセス導管を有する、請求項１５に記載の装置。
19. 当該変換器装置が、熱エネルギーと機械エネルギーとの間での変換を行うために使用され、前記膨張室は膨張室壁を有し、該膨張室壁は、
    高い熱伝導率の壁を有し、かつ、
    前記壁と前記ハウジングとの間に延びる低い熱伝導率の絶縁スペーサを有する、
    請求項１に記載の装置。
20. 前記高い熱伝導率の壁が、高い熱伝導率を有する第１のシリコンカーバイド材料組成を有し、前記低い熱伝導率の絶縁スペーサが、低い熱伝導率を有する第２のシリコンカーバイド材料組成を有する、請求項１９に記載の装置。