MXPA98002775A - Motores crioenfriadores de ciclo stirling microminiatura - Google Patents

Abstract

Se forma un enfriador o motor de ciclo Stirling microminiatura utilizando técnicas de procesamiento plano, semiconductoras. Tal transductor termomecánico de ciclo Stirling tiene placas extremas de silicio (14, 22) y un regenerador intermedio (50). Las placas extremas (14, 22) se forman con diafragmas (34, 44) y espacios de espacio de retroceso (32, 42), una placa extrema (14) forma el extremo de expansión y la placa extrema opuesta (22) forma el extremo de compresión, con el regenerador (50) unido entre las mismas. Se enlaza un aparato de circuito de control a los diafragmas (34, 44) para controlar la amplitud, fase y frecuencia de las desviaciones. El aparato de circuito de control se adapta para operar el transductor arriba de 500 Hz y los pasajes y los espacios de trabajo, incluyendo aquellos dentro del generador (50), espacio de expansión (30) y espacio de compresión (40), son los suficientemente estrechos para proporcionar un número Wolmersley característico, el cual es característico de las irreversibilidades generadas por el flujo oscilante del fluido motor en el espacio de trabajo, substancialmente por debajo de 5 en la frecuencia de operación por arriba de 500 Hz. Además, la amplitud de las vibraciones, de las vibraciones de los diafragmas (34, 44) son suficientemente pequeñas parar proporcionar al fluido motor un número máximo de Mach substancialmente por debajo de 0.1 en una frecuencia de operación por arriba de 500 Hz.

Description

MOTORES Y CRIOENFRIADORES DE CICLO STIRLING MICROMINIATURA Campo Técnico Esta invención se refiere en general a crioenfriadores y motores de ciclo Stirling y más particularmente se refiere a tales transductores termomecánicos de Stirling, los cuales son particularmente útiles para enfriar circuitos electrónicos integrados a temperaturas criogénicas, y a motores para accionar micromaquinas . Antecedentes de la Técnica Debido a las ventajosas propiedades electrónicas expuestas por diversos materiales a temperaturas criogénicas, se han desarrollado diversas máquinas para enfriar dispositivos electrónicos a fin de que puedan operarse a temperaturas criogénicas. Muchos de tales sistemas de refrigeración han utilizado enfriadores criogénicos de ciclo Stirling. Sin embargo, tales máquinas existentes, son máquinas ruidosas e ineficientes, pesadas y relativamente grandes que generan vibración substancial. Aunque se ha desarrollado tecnología para permitir una miniaturización notable de circuiteria electrónica, permitiendo asi grandes números de circuitos electrónicos a contenerse dentro de un volumen relativamente pequeño, el aparato, el cual se encuentra disponible para enfriar tales circuitos, es relativamente grande y consecuentemente agrega un peso y volumen adicional, substancial a la circuiteria electrónica criogénica. Por lo tanto, existe la necesidad de un crioenfriador de ciclo Stirling eficiente, el cual pueda iniaturizarse a fin de que su tamaño y peso sean compatibles con y no se agregue substancialmente a aquel de la circuiteria electrónica pero sea sin embargo, capaz de bombear calor a una velocidad suficiente para mantener las temperaturas criogénicas. Una medida del tamaño y efectividad de un enfriador para bombear energia térmica, es su capacidad especifica. La capacidad especifica es la proporción de la cantidad de energia térmica, que la máquina puede bombear a una medida cuantitativa de su tamaño o peso. De esta manera, un crioenfriador no sólo debe ser capaz de bombear energia térmica suficiente desde el dispositivo electrónico para mantenerlo a una temperatura criogénica, sino que deberá hacerlo con el peso o tamaño más pequeño posible. Consecuentemente, mientras más elevada sea la capacidad especifica, más deseable es el enfriador. La técnica anterior ha reconocido que la capacidad especifica de un enfriador de ciclo Stirling puede incrementarse, y por lo tanto mejorarse al operar el enfriador a una frecuencia más elevada. Puede mantenerse una velocidad de bombeo de energia térmica, lo suficientemente elevada, si el enfriador se elabora más pequeño, pero la frecuencia de su operación se incrementa a fin de que ocurran más ciclos de bombeo de energia térmica cada segundo. Sin embargo, la técnica anterior también ha reconocido que los procesos de generación de entropía (es decir, irreversibilidades) han impuesto un limite superior sobre la frecuencia de operación de las máquinas de ciclo Stirling. A medida que se incrementen la frecuencia de operación, también se incrementa la disipación viscosa resultante de la fricción del fluido motor con las paredes del pasaje interno del crioenfriador de Stirling. Como resultado, se requiere de más trabajo para mover el gas de un lado a otro a través de los pasajes de la máquina de ciclo Stirling a frecuencias elevadas. Además, la conductividad térmica aparente del fluido motor en el regenerador se incrementa, causando una gran cantidad de calor a ser conducido hacia el extremo frió de la máquina, y la transferencia de calor se reduce en los intercambiadores de calor. Los últimos efectos ocurren como resultado de ciertas relaciones de fase entre las variaciones periódicas en el flujo másico axial y el gradiente de temperatura radial, lo cual origina el flujo oscilatorio. Como resultado, la cantidad de calor que debe bombearse mediante el crioenfriador se incrementa, mientras que se reduce la efectividad del crioenfriador para intercambiar calor con sus alrededores. Consecuentemente, el incrementar la frecuencia reduce la elevación de calor. Por lo tanto, la técnica anterior ha llegado a aceptar un limite de frecuencia superior para máquinas de ciclo Stirling en el orden de 50 Hz, y se cree que una máquina construida para operar a 120 Hz es la máquina de Stirling de frecuencia más elevada que pueda construirse. Por lo tanto, existe la necesidad de un crioenfriador Stirling, el cual pueda elevar el calor a una proporción suficiente para mantener los dispositivos electrónicos a temperaturas criogénicas, pero el cual también tenga un tamaño y peso lo suficientemente pequeños que exhiba una capacidad especifica, la cual es aceptable y compatible con el equipo, que utiliza estos circuitos electrónicos. En años recientes también se ha observado el desarrollo de una tecnología de micromáquinas . Aunque tales máquinas utilizan dispositivos mecánicos, tales como enlaces de conversión de movimiento, mecanismos de ventajas mecánicas, trenes mecánicos, válvulas, diafragmas, brazos de ménsula y lo similar, los cuales tienen configuraciones y modos de operación similares a los dispositivos mecánicos convencionales, tienen un tamaño en el orden de unos pocos milimetros o más pequeño. Aunque los motores de ciclo Stirling se han utilizado por mucho tiempo como motores primarios mecánicos, existe una necesidad de un motor ciclo Stirling microminiatura para usarse con el desarrollo de la tecnología de micromáquinas . Breve Descripción de la Invención La técnica anterior describe transductores termomecánicos de ciclo Stirling que tienen un recipiente que contiene presión, incluyendo pasajes de fluido, y que contienen un fluido motor expansible y compresible. La técnica anterior también describe el uso diafragmas flexibles asociados con el transporte del fluido motor y los cambios de volumen, que son inherentes con el ciclo Stirling. Tales diafragmas se combinan con un aparato de circuito de control u otros medios enlazados a los diafragmas para controlar el modo, amplitud, fase y frecuencia de su desviación. La presente invención utiliza- la combinación de ciertas masas y fuerzas elásticas asociadas con los diafragmas, y fuerzas de presión resultantes dentro del transductor para operar de manera controlada el transductor termomecánico de ciclo Stirling arriba de una frecuencia de operación de 500 Hz, tal como 1000 Hz por ejemplo, combinado con pasajes en el espacio de trabajo, los cuales son lo suficientemente estrechos para proporcionar un número de ol ersley por debajo de 5 y amplitudes del diafragma lo suficientemente pequeñas para proporcionar números de Mach por debajo de 0.1 en la frecuencia de operación. Estos pasajes estrechos y amplitudes de vibración de diafragma pequeñas, reducen suficientemente las irreversibilidades a medida que se hace el trabajo en la transportación del fluido, y la temperatura desciende en la transportación de calor para proveer una máquina, la cual tiene una capacidad especifica, aceptablemente elevada. El resultado es que las capacidades especificas suficientemente elevadas, prácticas pueden llevarse a cabo en tamaños mucho más pequeños que los posibles pensados previamente. La invención también contempla la formación de la región de regeneración de calor, asi como la región de rechazo de calor y aceptación de calor del dispositivo de ciclo Stirling de silicio, y el uso de las técnicas de procesamiento plano tales como, fotolitografía, grabado químico, oxidación, unión y tecnología de película delgada, para permitir la fabricación a escalas de microplaqueta, creando cientos de componentes microrefrigeradores simultáneamente. La invención contempla además la construcción de conjuntos de tales transductores y su construcción tanto como enfriadores y motores. Se describen abajo aspectos adicionales de la invención o serán aparentes para aquellos expertos en la materia.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista en perspectiva y en sección que ilustra un conjunto de los transductores de ciclo Stirling que incorpora la presente invención para propósitos de circuitos integrados electrónicos de enfriamiento. La figura 2 es un vista ampliada de una porción de la figura 1 para ilustrar en detalle. La figura 3 es una vista ampliada de otra porción de la figura 1 para ilustrar en detalle. La figura 4 es una vista en sección transversal substancialmente tomada a lo largo de las lineas 4-4 de la figura 1. La figura 5 es una vista en sección vertical tomada a lo largo de la linea 5-5 de la figura 1. La figura 5A es una vista ampliada en sección vertical de una porción de la estructura ilustrada en la figura 5. Las figuras 6, 7, y 7A son vistas similares a aquel ias de las figuras 4, 5, y 5A, pero ilustran una modalidad alternativa de la invención. Las figuras 8 y 9 son vistas similares a aquellas de las figuras 4 y 5, pero ilustran modalidades alternativas de la invención. Las figuras 10 y 11 son vistas similares a aquellas de las figuras 4 y 5, pero ilustran modalidades alternativas de la invención. La figura 12 consiste de cuatro gráficas que ilustran las variaciones de volumen y desplazamiento de una modalidad de la invención. Las figuras 13-14 son diagramas esquemáticos y de bloque que ilustran un sistema de control para la presente invención. La figura 18 es una vista en sección axial que ilustra un transductor de ciclo Stirling que incorpora la presente invención para propósitos de enfriar dispositivos electrónicos y otros. La figura 19 es una vista en sección axial que ilustra una modalidad alternativa de la presente invención como un transductor de ciclo Stirling par propósitos de bombear un fluido. La figura 20 es una vista en sección axial que ilustra una modalidad alternativa de la presente invención como un transductor de ciclo Stirling doble para propósitos de enfriar dispositivos electrónicos y otros. La figura 20A es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la linea A-A' de la figura 20. La figura 20B es una vista en sección vertical tomada a lo largo de la linea B-B' de la figura 20A. La figura 21 es una vista en sección axial que ilustra una modalidad alternativa de la presente invención como una bomba térmica de Vuilleumier para propósitos de enfriar dispositivos electrónicos y otros. La figura 22A es una vista en planta de un lado de una microplaqueta de silicio <110>. La figura 22B es una vista en planta de una cavidad anisotrópicamente grabada en el lado de la microplaqueta mostrada en la figura 22A. La figura 22C es una sección vertical tomada a lo largo de la linea 1-1' de la figura 22B. La figura 22D es una sección vertical tomada a lo largo de la linea 2-2' de la figura 22B. La figura 22E es una vista en planta de otra cavidad anisotrópicamente grabada en el lado de la plaqueta mostrada en la figura 22A. La figura 22F es una vista en planta del otro lado de la plaqueta de silicio <110> mostrada en la figura 22A. La figura 22G es una vista en planta de una cavidad anisotrópicamente grabada dentro del lado de la plaqueta mostrada en la figura 22F. La figura 22H es una vista oblicua de la cavidad mostrada en la figura 22B. La figura 23 es una vista en perspectiva de un lado de una porción representativa de la modalidad preferida de un chip desplazador regenerativo. La figura 24 es una vista en perspectiva del lado opuesto de la porción representativa del chip desplazador regenerativo mostrada en la figura 23. La figura 25 es una vista en perspectiva de un lado de una porción representativa de una modalidad alternativa de un chip desplazador regenerativo. La figura 26 es una vista en perspectiva del lado opuesto de la porción representativa del chip desplazador regenerativo mostrado en la figura 25. La figura 27A muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1A-1A' y 2A-2A' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 27B muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas IB-IB' y 2B-2B' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 27C muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1C-1C y 2C-2C de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 28A muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1A-1A' y 2A-2A' , respectivamente. La figura 28B muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas IB-IB' y 2B-2B' , respectivamente. La figura 28C muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1C-1C y 2C-2C , respectivamente. La figura 29A muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1D-1D' y 2D-2D' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 29B muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1E-1E' y 2E-2E' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 29C muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1F-1F' y 2F-2F' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 29D muestra secciones verticales tomadas a lo largo de las lineas 1G-1G' y 2G-2G' de la figura 24 y de la figura 23, respectivamente. La figura 30A muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1D-1D' y 2D-2D' , respectivamente. La figura 30B muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1E-1E' y 2E-2E' , respectivamente. La figura 30C muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1F-1F' y 2F-2F' , respectivamente. La figura 30D muestra una modalidad del desplazador regenerativo formado al unir juntas tres de las pastillas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, y tres pastillas que son las imágenes de espejo de aquellas mostradas en la figura 24 y en la figura 23, respectivamente, en una sección vertical tomada a lo largo de las lineas 1G-1G' y 2G-2G' , respectivamente. En la descripción de la modalidad preferida de la invención, la cual se ilustra en los dibujos, se hará uso de terminología especifica por motivo de claridad. Sin embargo, no se intenta que la invención se limite a los términos específicos seleccionados de tal manera y debe entenderse que cada término especifico incluye todas las equivalentes técnicas, las cuales operan de una manera similar para lograr un propósito similar. Descripción Detallada Aunque las definiciones de terminología, que se utiliza en este documento para describir las modalidades alternativas y preferidas de la invención, generalmente se conocen por aquellos expertos en la materia, es deseable revisar brevemente y definir expresamente un poco de los términos, que se utilizaran. Un "transductor" es un dispositivo para convertir energia útil en una forma a energia útil en otra forma. Por ejemplo, la energia puede convertirse de la energia de movimiento mecánico a una corriente eléctrica, o de energia térmica a energia de movimiento mecánico. Además, se sabe que muchos transductores, que pueden operarse de un modo, también pueden operarse de un modo contrario. Por ejemplo, un dispositivo puede operarse tanto como un motor eléctrico para convertir energia de corriente eléctrica a rotación mecánica o reciprocación, o puede operarse como un generador para convertir tal movimiento mecánico a corriente eléctrica. De manera similar, un transductor Stirling puede operarse ya sea para convertir energia térmica, que fluye desde una temperatura elevada hasta una temperatura inferior, a movimiento mecánico o puede operarse para utilizar movimiento mecánico para bombear energia térmica, es decir, calor, desde una temperatura inferior hasta una temperatura elevada. Por lo tanto, los dispositivos de esta invención se refieren como Transductores de Ciclo Stirling. De esta manera, debe ser aparente que la mayoría de las características y modalidades de la presente invención pueden utilizarse tanto a modo de motor, asi como a modo de refrigerador o enfriamiento. El término "unido" se utiliza en un sentido general para describir de manera separada estructuras identificables o capas, las cuales se unen mecánicamente, sin considerar como lo hicieron. No solo incluye dos objetos o capas, las cuales primero se construyen de manera separada y luego se unen juntas, sino que también incluye dos estructuras o capas, las cuales se depositan, desarrollan, o se forman integralmente una en relación a la otra. La figura 1 ilustra seis circuitos electrónicos, integrados, tales como los circuitos integrados 10 y 12, montados sobre un substrato de silicio 14 y que tienen buses conductores, que se interconectan 16 formados sobre el substrato 14. Varios enfriadores Stirling se construyen debajo de los circuitos integrados para retirar calor de los circuitos integrados. Aunque la figura muestra un enfriador Stirling asociado con cada circuito integrado, tal asociación uno-a-uno no se requiere o incluye necesariamente. Cada uno de estos enfriadores de ciclo Stirling, tal como el enfriador 18, es una replica de los otros y juntos se muestran instalados en un conjunto 2 por 3. Separada por abajo de la parte más alta del substrato de silicio 14, se encuentra una placa de soporte central 20 para soportar el regenerador colocado centralmente de cada enfriador Stirling. Aunque se indica una sola placa de soporte ubicada centralmente a lo largo de la longitud del regenerador, puede emplearse una multiplicidad de placas de soporte y colocarse en cualquier lugar a lo largo de la longitud del regenerador, incluyendo en cada extremo del regenerador tal como las placas de soporte extremas 1151 y 1153 mostradas en la figura 11. Abajo y paralelo a una placa de soporte central 20 se encuentra en la parte más baja un segundo substrato de silicio, 22. El substrato de silicio de la parte más alta 14, el substrato de silicio de la parte más baja 22 y las porciones interpuestas de cada enfriador de ciclo Stirling forman el recipiente que contiene presión de los enfriadores de ciclo Stirling. Cada recipiente que contiene presión define un espacio de trabajo cerrado, incluyendo pasajes de fluido, y contiene un fluido expansible y compresible, típicamente un gas, del cual se necesita todo para formar un transductor termomecánico de ciclo Stirling. En particular, el substrato superior 14 forma una placa extrema de expansión de fluido, que acepta el calor, y el substrato de silicio inferior 22 forma una placa extrema de compresión de fluido, que rechaza el calor para cada enfriador de ciclo Stirling. Interpuesto entre estas placas extremas se encuentra el regenerador térmico, el cual incluye una matriz perforada en comunicación fluida con las placas extremas en sus extremos opuestos. Estas estructuras para una modalidad, se ilustran con mayor detalle en las figuras 2, 3, 4, y 5 y se describen con referencia a aquellas figuras. Las placas extremas 14 y 22 pueden comprender cada una capas laminadas múltiples. Las estructuras de las placas extremas 14 y 22 se forman preferentemente utilizando tecnología de procesamiento plana del tipo utilizado en la fabricación de circuitos integrado electrónicos y accionadores y detectores de silicio. La placa extrema de expansión de fluido 14, que acepta el calor, define un espacio de expansión 30, un espacio de retroceso 32 un espacio distal para la expansión 30, y un diafragma de expansión, flexible 34 entre el espacio de expansión 30 y el espacio de retroceso 32. Un intercambiador térmico, que acepta el calor, enlaza de manera aproximada el espacio de expansión 30. En la modalidad preferida, el intercambiador térmico que acepta el calor, es la placa extrema que acepta el calor 14, la cual enlaza el espacio de trabajo a lo largo de la pared interior 36 e incluye el diafragma 34, aunque como se describe abajo pueden utilizarse alternativas. De manera similar, la placa extrema de compresión de fluido 22, que rechaza el calor define un espacio de compresión 40, un espacio de retroceso 42 un espacio distal para la compresión 40, y un diafragma de compresión, flexible 44 que forma una pared entre el espacio de compresión 40 y el espacio de retroceso 42. Se forma un intercambiador térmico que rechaza el calor mediante la placa extrema 22, la cual enlace de manera próxima el espacio de compresión 40 a lo largo de la pared interior 46. Con el objeto de controlar la frecuencia, fase y amplitud de los diafragmas, cada una se proporciona con un accionador, el cual es una parte de un sistema de control. El diafragma de expansión 34 tiene un accionador asociado 35, y el diafragma de compresión 44 tiene un accionador asociado 45. Los accionadores pueden, por ejemplo, incluir materiales piezoeléctricos, los cuales se conectan eléctricamente al resto del sistema de control. Los accionadores se tratan subsecuente con más detalle abajo. Interpuesto entre la placa extrema 14 que acepta el calor y la placa extrema 22 que rechaza el calor se encuentra un regenerador térmico 50, que se mantiene en su lugar por la placa de soporte central 20. El regenerador térmico 50 tiene alrededor una pared impermeable al gas, típicamente cilindrica, la cual contiene el gas de funcionamiento y se conecta de manera sellada a la placa extrema 14 y la placa extrema 22. Soportado dentro de la pared circundante 52 se encuentra una matriz perforada 54 en comunicación fluida tanto como el espacio de expansión 30 como con el espacio de compresión 40. La matriz perforada ilustrada en la figura 4 comprende una pluralidad de paredes planas, separadas 56 conectadas a sus lados opuestos de la pared circundante 52. Preferentemente el pasaje entre estas paredes, tiene una proporción de aspecto en sección transversal mayor de aproximadamente 8. La matriz perforada, que forma el regenerador, puede tener una variedad de configuraciones. Es una estructura con pasajes, los cuales se comunican axialmente a través del regenerador desde el espacio de expansión 30 hasta el espacio de compresión 40. El regenerador debe ser capaz de transportar el gas axial y ciclicamente almacenando y liberando el calor de manera periódica a fin de que se bombee el calor de manera axial a través del regenerador en incrementos para cada ciclo. Los pasajes pueden formarse en un patrón regular entre capas de material o pueden ser una serie de poros interconectados, distribuidos de manera homogénea en un material similar a la espuma. Se describen subsecuentemente diversas modalidades alternativas de tales estructuras del regenerador. Es deseable que el regenerador exhiba un área de superficie interna muy elevada para maximizar la superficie que conecta en cascada el gas/regenerador, y que tenga una capacidad térmica elevada para el almacenamiento de calor. También es deseable minimizar la conductividad térmica a través del material regenerador a lo largo de la dirección axial entre la placa extrema 14 y la placa extrema 22. En un enfriador, cualquier calor conducido a través del material regenerador representa calor conducido de nuevo dentro del extremo que se enfría y en un motor representa el calor derivado, el cual no proporciona salida de trabajo mecánico. Consecuentemente, se prefiere un material de conductividad térmica baja, tal como cerámica o vidrio, así como una estructura que tiene un sección transversal de masa, geométrica baja. Es una característica críticamente importante de la presente invención que el diámetro u otras dimensiones laterales correspondientes de los pasajes a través de la matriz perforada del regenerador sea muy pequeño. Debe ser lo suficientemente pequeño para proporcionar un número de Wolmersley por debajo de 5 en la frecuencia de operación del transductor termomecánico Stirling con el objeto de minimizar las pérdidas de irreversibilidad asociadas con la transportación de gas a través de esos pasajes. Otra característica críticamente importante con el objeto de minimizar las pérdidas de irreversibilidad asociadas con la transportación del fluido motor a través de los pasajes arriba mencionados en la presente invención, es que la amplitud de las vibraciones del diafragma es muy pequeñas. Debe ser lo suficientemente pequeña para proporcionar un número de Mach máximo substancialmente por debajo de 0.1 en la frecuencia de operación del transductor termomecánico Stirling.

Estas irreversibilidades son una fuente de pérdidas por corriente parásita que surge de una generación de calor mediante la fricción entre el gas de funcionamiento y las paredes del pasaje. Esto resulta en una disipación viscosa, desde la conducción del calor aumentado por el gas de funcionamiento a través del regenerador, y desde la transferencia de calor reducido en los intercambiadores térmicos a medida que se incrementa la frecuencia de funcionamiento, siendo peculiares los últimos dos fenómenos para fluir oscilatoriamente como un resultado de ciertas relaciones de fase entre las variaciones periódicas en el flujo másico axial y el gradiente de temperatura radial. En la presente invención las dimensiones laterales de estos pasajes de flujo se encuentran en el orden de 10-50 micrones y las amplitudes de las vibraciones del diafragma se encuentran en el orden de 10-100 micrones con el objeto de compensar el incremento de la frecuencia. El uso de tales pasajes pequeños y amplitudes de la vibración reduce estas pérdidas por corriente parásita. Las reducciones en estas pérdidas incrementan correspondientemente el trabajo útil, el cual puede llevarse a cabo por el transductor termomecánico, de ciclo Stirling al elevar el calor o al proporcionar trabajo mecánico. Se da una indicación cuantitativa de las irreversibilidades asociadas con el flujo de fluido oscilatorio en un pasaje, por el número de Wolmersley. Esto se expresa por la ecuación: I. a = (2 p f-a2 p/?)1 2 en donde : a = Número de olmersley f = frecuencia de operación a = diámetro del pasaje p = densidad del fluido de funcionamiento (el cual es una función de temperatura y presión) ? = viscosidad dinámica del fluido de funcionamiento (una función de temperatura) Otra indicación cuantitativa de irreversibilidades asociadas con el flujo de fluido en un pasaje se da por el número de Mach. Esta se expresa por la ecuación: en donde: Ma = número de Mach xg = la amplitud de desplazamiento de gas axial oscilante c0 = la velocidad de sonido en el fluido de funcionamiento.

El desplazamiento del fluido de funcionamiento de oscilación axial se refiere a la amplitud de la vibración del diafragma por la ecuación: en donde: xd = la amplitud de la vibración del diafragma Ad = el área de la vibración del diafragma Ax = el área de sección transversal total de todos los pasajes, a través de los cuales fluye el fluido de funcionamiento.

La velocidad de sonido en el fluido de funcionamiento se conoce como: IV. C0 (? RT 1/2 en donde: ? = la proporción de los calores específicos a presión constante y volumen constante = 5/3 por helio R = la constante de gas específico para el fluido de funcionamiento = 2079 joules/kilogramo*kelvin para helio.

T = temperatura absoluta en kelvin.

Las ecuaciones II, III, y IV pueden combinarse para dar: V. Ma = (2 pf-xd-Ax/Ad)/(? RT)1/2 Con el objeto de obtener las ventajas de la presente invención para operar el transductor de ciclo Stirling arriba de 500 Hz, los pasajes deben elaborarse lo suficientemente estrechos para proporcionar un número de Wolmersley menor a 5 y la amplitud de las vibraciones del diafragma debe ser lo suficientemente pequeña para proporcionar un número de Mach máximo substancialmente menor a 0.1 en la frecuencia de operación. Preferentemente, el número de olmersley se elabora menor a 1 y el número de Mach máximo se elabora menor a 0.01.

Un ejemplo que ilustra los parámetros de un transductor de ciclo Stirling que incorpora la presente invención, ilustra la aplicación de estos principios de la presente invención. El ejemplo se dirige al uso de un intercambiador térmico perforado del tipo ilustrado en las figuras 8 y 9 y descrito abajo.

El siguiente ejemplo es para tal microrefrigerador de tres partes, cargado con helio a 20 bars y que opera a 1 kHz. Ya que existe un gradiente de temperatura axialmente a través del enfriador de ciclo Stirling que incorpora la presente invención, la temperatura, y por lo tanto los otros parámetros, son diferentes en posiciones axiales diferentes. Las siguientes tablas muestran un conjunto ilustrativo de parámetros, en donde el número de Reynolds bien conocido se refiere a las cantidades previamente definidas por: VI. Re = a2xg/a TABLA 1 Ubicación Temp. xg a 0 n Re a (°K) (µm) (µ-m) (kg/m3) (xlO"6Pa«s) Intercambiador 100 200 10 9.8 9.5 13 0.81 Térmico Frió Regenerador Med. 225 300 20 4.3 16.2 10 0.82 Intercambiador 350 600 30 2.8 21.8 9.7 0.85 Térmico Caliente TABLA 2 Ubicación Temp. Xd Ad Ax Ma CK) (µm) (xlO'V) (xl0"6m2) Intercambiador 100 100 64 32 0.002 Térmico Frió Regenerador Med. 225 100* 180* 32 0.004 íntercambiador 350 100 290 32 0.005 Térmico Caliente *En el regenerador, se utilizan los promedios de los dos desplazamientos del diafragma y áreas, ya que el desplazamiento de gas está influido por ambos diafragmas.

[SISTEMA DE CONTROL] La teoría de operación y diversas modalidades para controlar la fase y frecuencia del diafragma de expansión 34 y el diafragma de compresión 44 se enseñan por la técnica anterior y por lo tanto no se describen en detalle. Tal operación se describe, por ejemplo, en la Patente Cook-Yarborough, 3,548,589. A medida que los diafragmas vibran se mueven alternativamente hacia y lejos de sus espacios de compresión y expansión asociados, respectivos, variando así de manera periódica el volumen efectivo de estos espacios, transportando alternativamente gas hacia y fuera de los espacios de compresión y expansión respectivos .

Las gráficas 12A y 12B de la figura 12, ilustran los lugares geométricos del desplazamiento del diafragma con respecto al tiempo en los extremos opuestos del regenerador. Debido a que estos diafragmas se encuentran uno frente a otro en extremos opuestos, un movimiento en direcciones opuestas (por ejemplo, hacia el centro) tiene el mismo efecto en cambiar el volumen de sus espacios asociados. De esta manera, el volumen cambia con respecto al tiempo para que los espacios de expansión y compresión en las figuras 12A y 12B aparezcan como volúmenes Ve y Vc. Las figuras 12C y 12D se proporciona para ilustrar los cambios en el volumen del espacio de expansión Ve y el volumen del espacio de compresión Vc con respecto al tiempo. Como se ilustra en estas figuras, el sistema de control debe controlar los diafragmas a fin de que el volumen del espacio de expansión conduzca el volumen del espacio de compresión mediante un aproximado o nominal a 90°. Sin embargo, el avance de fase no es necesariamente a exactamente a 90, como se sabe por aquellos expertos en la materia, y puede variar, por ejemplo, tanto como 10° o 20° para mejorar la eficiencia. Para motores y enfriadores, los avances de fase de volumen preferido son mayores a 90°. Este avance de fase a 90° aproximado debe mantenerse tanto para los enfriadores como para los motores.

Con el objeto de mantener la fase, amplitud y frecuencia adecuada para el movimiento periódico de los diafragmas, el sistema de control incluye un accionador, tal como los accionadores 35 y 45 referidos anteriormente. Preferentemente, cada accionador es un transductor electromecánico, enlazado mecánicamente a su diafragma asociado. Los transductores adecuados incluyen transductores magnéticos, tal como se enseña por la Patente Cook-Yarborough, transductores piezoeléctricos, transductores magnetoestrictivos, transductores capacitivos u otros transductores, los cuales pueden accionar los diafragmas. Se prefieren los transductores electromecánicos debido a la facilidad para hacer las conexiones a ellos y a la facilidad para controlar la fase, amplitud y frecuencia de señales de accionamiento eléctrico.

Como se sabe por aquellos expertos en la materia de los transductores de ciclo Stirling, de configuración alfa, el fluido de funcionamiento no trabaja sobre el diafragma asociado con el espacio de expansión, mientras que el diafragma asociado con el espacio de compresión trabaja sobre el fluido de funcionamiento. Se requieren transductores para ambos diagramas, para accionar el diafragma asociado con el espacio de compresión, para disipar la potencia a partir del diagrama asociado con el espacio de expansión, y para controlar la amplitud, frecuencia y fase del movimiento de cada diafragma. Además, estos transductores pueden enlazarse, mecánica o eléctricamente, a fin de que la potencia absorbida por el diafragma asociado con el espacio de expansión se disipe al accionar el diafragma asociado con el espacio de compresión a la fase frecuencia y amplitud deseada. El término "accionadores" por lo tanto se utiliza en un sentido amplio para incluir dispositivos, los cuales pueden absorber o aplicar energía mecánica hacia o desde el diafragma y no se limita a aquellos, los .cuales solo dan salida de trabajo mecánico. Por lo tanto, el propósito del sistema de control es incluir los accionadores, para hacer que los diafragmas vibren con la frecuencia, amplitud o relación de fase deseada.

Se ilustra en la figura 13, un sistema de control representativo para mantener la frecuencia, amplitud y fase deseada de las vibraciones del diafragma. Las señales de control de tren de pulso digital Sc, SEA, y SEB en la frecuencia resonante f0 del microrefrigerador, se derivan por medio de un contador digital 1301, decodificador 1302, multiplexor 1303, y divisores 1304 y 1305 a partir de un solo tren de pulso digital a un múltiplo de la frecuencia resonante Nf0. El avance de fase de SEA con respecto a Sc se elige por las entradas de Selección del multiplexor 1303 a una precisión arbitraria determinada por la amplitud de la trayectoria de datos del contador digital 1301, decodificador 1302 y multiplexor 1303. El componente sinusoidal fundamental SCo de la señal de control Sc se extrae por el filtro 1306 y se aplica al motor-accionador del diafragma de compresión 1307 mostrado en la figura 15. La señal de control SEA y su inversa SEB se aplican a las terminales de control A y A' y B y B' , respectivamente, de un H-puente de transistores Q1-Q4 mostrado en la figura 14. La excitación de este H-puente mediante las señales de control SEA y SEB rectifica de manera activa el voltaje alterno VEG generado por el generador-accionador del diafragma de expansión 1308 y que aparece en sus terminales 1308a y 1308b para cargar el suministro de energía de DC 1309 que polariza inversamente el H-puente. Las figuras 16 y 17 ilustran las direcciones del flujo de corriente eléctrica generado por el generador-accionador del diafragma de expansión 1308 a través del H-puente durante las fases alternas de las señales de control SEA y SEB. Mediante esta instalación, la energía eléctrica fluye desde el suministro de energía 1309 hacia el motor-accionador del diafragma de compresión 1307 y fuera del generador-accionador del diafragma de expansión 1308 hacia el suministro de energía 1309. La diferencia entre la cantidad de energía eléctrica que fluye fuera de y hacia el suministro de energía 1309 es el consumo de energía neto del micro-refrigerador. Se ilustran los transistores Q1-Q4 como transistores bipolares, pero modificaciones del circuito menores permitirán que la misma función se lleve a cabo por los transistores MOS o JFET .

[Alternativas para la Placa Extrema Integral] El uso de silicio para formar las placas extremas 14 y 22 proporciona oportunidades únicas y mayores para la construcción de un transductor termomecánico, de ciclo Stirling. Debido a que una función importante de las placas extremas es conducir calor, el silicio proporciona resultados ventajosos, ya que muestra una conductividad térmica, elevada. En segundo lugar, la elección de silicio permite que los componentes extremos del transductor de ciclo Stirling se formen utilizando las técnicas de procesamiento plano de silicio de la técnica anterior, las cuales se han utilizado en el pasado para formar circuitos electrónicos integrados y transductores de silicio. En tercer lugar, el uso de silicio permite que tales circuitos electrónicos integrados se unan a la placa extrema de expansión 14 con confiabilidad elevada, a pesar del ciclo térmico de la estructura, ya que la tensión termomecánica entre los circuitos integrados y la placa fría se elimina debido a sus coeficientes térmicos idénticos de expansión. En cuarto lugar, el uso de silicio permite que los circuitos electrónicos se formen integralmente con o sin la placa extrema de expansión 14 para maximizar la conductividad térmica para bombear calor lejos de la circuitería electrónica.

Por ejemplo, y refiriéndose a la figura 5, la placa extrema 14 puede comprender dos capas de silicio, una capa interior 60 y una capa de protección 62. El diafragma 34 se forma mediante grabado químico de procesamiento plano, convencional, para formar el espacio de expansión 30, y dejar el diafragma 34. El espacio de retroceso 32 se encierra al enlazar la capa de protección 62 a la capa interior 60 a fin de que las dos microplaquetas de silicio se unan juntas en el plano mediante técnicas de la técnica anterior, tales como el enlace de fusión de silicio o el uso de una película intermediaria de vidrio o metal o un enlace anódico. También se utilizan técnicas relacionadas o similares para formar el espacio de retroceso 42 y el espacio de trabajo 40 en la placa extrema de compresión 22, la cual consiste de la capa interior 64 y las capas de protección 66 y 68.

Las áreas de los diafragmas de expansión y compresión pueden ser ya sea idénticas o diferentes como se indica en la figura 5.

[Alternativas para el Intercambiador Térmico] En las modalidades de la invención el calor se conduce a través de la placa extrema de expansión 14 y se transfiere hacia el espacio de expansión 30 y también se transfiere desde el espacio de compresión 40 dentro y después se conduce a través de la placa extrema de compresión 22. Como se estableció arriba, las paredes de la superficie interior de la porción del espacio de trabajo en y dentro estas placas extremas pueden servir como intercambiadores térmicos para transferir calor entre el gas de funcionamiento en los espacios de expansión y compresión respectivos y sus placas extremas asociadas.

Sin embargo, la figura 9 ilustra una estructura alternativa con una estructura del intercambiador térmico separado. La modalidad de la figura 9 tiene una placa extrema de expansión 914 y una placa extrema de compresión 922. También tiene un diafragma de expansión 934 y un diafragma de compresión 944, similar a las partes correspondientes en la figura 5. Sin embargo, una capa del intercambiador térmico de silicio, separado 980 se enlaza a la capa de silicio 960 y se interpone entre esta capa de silicio 960 y el regenerador 950. Esta capa del intercambiador térmico 980 se proporciona con una pluralidad de perforaciones axiales 982 que comunican el espacio de expansión 930 con el interior del regenerador 950. Preferentemente, estas perforaciones se encuentran en la forma de grandes ranuras separadas por una serie de aletas paralelas. Se enlaza una capa del intercambiador térmico similar 984 a la capa de la placa extrema de compresión 964 que comunica el interior del regenerador 950 con el espacio de compresión 942. También se proporciona con una pluralidad de perforaciones transversales 986.

[Alternativas para el Diafragma] Las técnicas de procesamiento plano también permiten que el diafragma de silicio se forme en configuraciones diferentes a la configuración de hoja plana, la cual se ilustra en la figura 5. La figura 7, por ejemplo, ilustra un diafragma de expansión 734 y un diafragma de compresión 744, que tienen pliegues anulares. El diafragma de expansión 734 tiene pliegues anulares 784 y el diafragma de compresión 744 tiene pliegues anulares 786. Los pliegues pueden formarse al grabar químicamente muescas dentro del diafragma. Estos pliegues hacen la presión del diafragma contra la característica de desplazamiento casi más lineal como se sabe en la materia de construcción de diafragmas utilizados en los detectores de presión baja, tal como barómetros.

La figura 9 ilustra que una región de realce de masa aumentada, tal como el realce circular 988, puede formarse sobre el diafragma 934 mediante las técnicas de procesamiento plano con el objeto de que el diseñador controle la masa del diafragma de vibración 934. Esto ayudará al diseñador a construir el diafragma de vibración, a fin de que vibre de un modo resonante. La proporción de desplazamiento de diafragma a la fuerza aplicada al diafragma puede incrementarse al formar el diafragma de tal manera que sea resonante en la frecuencia de operación. Como es bien sabido a partir de la física elemental, la frecuencia natural de oscilación de un sistema mecánico es una función bien conocida de la masa oscilante y la fuerza de elástica constante de un dispositivo de almacenamiento de energía sujetado, tal como un resorte, el cual absorbe y libera de manera alterna la energía. La masa de un diafragma en la modalidad de la invención así como la constante de fuerza elástica resultante de todos los resortes que actúan en el diafragma pueden seleccionarse y diseñarse para hacer el diafragma resonante en la frecuencia de operación. La masa puede seleccionarse mediante las dimensiones del diafragma y puede incrementarse al proporcionar un realce, como se describe anteriormente. Los resortes que actúan en el diafragma son principalmente, la fuerza elástica resultante a partir de la elasticidad del diafragma de silicio por si mismo, la fuerza elástica del gas que resulta a partir del gas confinado en el espacio de retroceso y la fuerza elástica del gas que resulta a partir del gas confinado en el espacio de trabajo, cuyas fuerzas elásticas del gas son adyacentes a cada diafragma. Consecuentemente, la fuerza elástica del gas, y particularmente el volumen de espacio de retroceso, puede diseñarse a fin de que el diafragma tenga una frecuencia natural de oscilación, es decir, resonancia en la frecuencia de operación. Alternativamente, por supuesto, el volumen de espacio de retroceso puede ser tan grande que tiene una constante de fuerza elástica insignificante y como una consecuencia, la frecuencia de resonancia será principalmente una función de las constantes de la fuerza elástica de las fuerzas elásticas del gas del espacio de trabajo y del diafragma de silicio por si mismo y su masa. Si la elasticidad del silicio se utiliza como la constante de fuerza elástica principal, el espacio de retroceso 10 puede eliminarse por completo, tal como al ventilarlo al espacio de retroceso de una unidad del microrefrigerador adyacente, en la cual los diafragmas vibran fuera de la fase a 180°. La constante de fuerza elástica del diafragma puede reducirse al hacer el diafragma muy delgado. La constante de fuerza elástica del diafragma también puede manipularse por el diseñador al formar capas de óxido o metal sobre este o difundir otros materiales dentro de el y como una consecuencia, también pueden utilizarse diafragmas de multi-capa. [Accionadores del Diafragma] Un accionador electromecánico, que forma parte del sistema de control, se conecta mecánicamente a cada uno de los diafragmas. Una amplia variedad de accionadores electromecánicos, los cuales pueden utilizarse con la presente invención, serán aparentes para aquellos expertos en la materia y pueden utilizar, por ejemplo, principios magnetoestrictivos, piezoeléctricos, electromagénticos o electrostáticos . La figura 5 ilustra un accionador piezoeléctrico 45, el cual se opera mediante una señal eléctrica aplicada a sus cables conductivos 47 y 49. La figura 5A ilustra este accionador en más detalle. Este comprende un solo o una multiplicidad de electrodos de metal o de película de conducción 510, 512 y 514, los cuales se conectan eléctricamente juntos y se conectan al cable de conducción 49, y otro solo o una multiplicidad espaciada de electrodos de metal o de película de conducción 516, 518, y 520, que se encuentran en el lado opuesto de una capa piezoeléctrica 522, tal como óxido de zinc y se interconectan juntos al cable conductivo 47. Este transductor puede fabricarse al formar una capa de óxido aislante 514 en el diafragma de silicio 526, formando después el metal o bandas de película conductoras 510, 512 y 514 mediante técnicas convencionales, depositando después un óxido de zinc u otra capa piezoeléctrica 522 en el metal o bandas de película conductoras y la capa de óxido 524, utilizando después de nuevo técnicas convencionales para depositar el metal o bandas de película conductoras 516, 518 y 520 en la capa piezoeléctrica 522. Si se desea, puede depositarse una capa aislante adicional de óxido 528 en la parte superior para proporcionar una barrera protectora y aislamiento eléctrico. En operación, el sistema de control aplica una señal periódica en la frecuencia de operación, a los cables 47 y 49, induciendo así una tensión en la capa piezoeléctrica 522 y causando una resistencia resultante de la capa piezoeléctrica 522 y con esta el movimiento del diafragma 526. Las figuras 7 y 7A ilustran un accionador, el cual utiliza fuerzas electrostáticas al formar capacitores 760 y 762 respectivamente en asociación con cada uno de los diafragmas 734 y 744. La figura 7A ilustra el capacitor 762 en más detalle. Este tiene una placa capacitora 764 fabricada en una capa de óxido 765, la cual se deposita en el diafragma 734 y se conecta a un cable conductor eléctrico 766, mostrado en la figura 7A. Este también tiene una segunda placa capacitora 767, fabricada de manera similar en una capa de óxido aislante 768, depositada en la placa extrema 769 y concectada eléctricamente a un cable eléctricamente conductor 770. La aplicación de una señal de control eléctrica periódica, la cual carga alternativamente las placas capacitoras 764 y 767 con cargas similares y cargas opuestas en la frecuencia de operación, causa fuerzas periódicas de atracción para accionar el diafragma 734 en vibración mecánica. La figura 9 ilustra todavía otro accionador alternativo para accionar el diafragma 944. Este comprende un par de rollos de película delgada 972 y 974, los cuales se forman como espirales conductivos, planos respectivamente en la placa extrema 922 y el diafragma 944. El rollo plano 974 se conecta a los cables eléctricamente conductores 978 y 979 y el rollo plano 972 se conecta a los cables eléctricamente conductores 991 y 993 para la conducción de corrientes de control eléctricas. Mientras que una corriente eléctrica puede ser de DC, la otra (o cada una si la primera no es de DC) es una corriente periódica en la frecuencia de operación para proporcionar un campo magnético que varía en el tiempo, que atrae y repela alternativamente el diafragma hacia y lejos del rollo estacionario 972 para aplicar la tensión mecánica al diafragma, causando que vibre en la frecuencia de operación y fase apropiadas. [Alternativas para el Regenerador] La figura 7 ilustra un regenerador 750 que tiene una espuma reticulada 754 contenida dentro de la pared del recipiente que contiene presión, circular exterior 752. La espuma reticulada 754 se conecta continuamente a cavidades o huecos de celdas abiertas a lo largo de la longitud completa del regenerador, a través del cual fluye el fluido de funcionamiento. Tal regenerador puede construirse utilizando técnicas actualmente utilizadas en el campo de los filtros cerámicos. Las figuras 8 y 9 ilustran un regenerador alternativo formado por una pluralidad de tubos paralelos 954, contenidos dentro de la pared del recipiente que contiene presión, circular exterior 952. Los pasajes del regenerador consisten de ambos de los pasajes a través del centro de cada tubo, así como los pasajes entre los tubos.

La figura 11 ilustra todavía otro regenerador alternativo 1150, el cual comprende una pluralidad de tubos concéntricos, espaciados 1154 contenidos dentro y coaxiales con la pared del recipiente de presión circular, circundante 1152. Un regenerador también puede formarse como una película sólida, con conductividad térmica baja, enrollada en espiral, tal como una cinta metálica vitrea gruesa de 3 milésimos, que tiene proyecciones deformadas en la película a fin de que cuando se envuelve y enrolla en espiral por sí misma, las capas se espacian unas de otras para proporcionar pasajes axiales. [Alternativas para el Circuito Electrónico] A partir de la descripción anterior de la invención puede observarse que una de las mayores ventajas de la presente invención es que debido a que el enfriador de ciclo Stirling que incorpora la presente invención puede fabricarse utilizando técnicas de procesamiento plano, película delgada y otras, las cuales se utilizan comúnmente en conexión con la fabricación de enfriadores con circuitos semi-conductores electrónicos integrados que incorporan la presente invención, pueden fabricarse de manera muy conveniente a fin de que se asocien física y térmicamente de manera intima con los circuitos electrónicos. Los enfriadores pueden fabricarse como una parte de o una extensión de la fabricación de circuitos electrónicos. Además, estas técnicas permiten que cientos de microrefrigeradores se fabriquen de manera simultánea y con asociación cercana con cientos de circuitos integrados electrónicos. Cada circuito electrónico se fabrica fácil y convenientemente a fin de que se enlace de manera cercana, térmica a la placa extrema de expansión con el objeto de bombear eficientemente calor a partir del dispositivo electrónico a fin de que el dispositivo electrónico pueda operarse a una temperatura criogénica, baja. Los dispositivos electrónicos pueden fabricarse íntegramente de manera directa hacia la placa extrema de expansión o en películas, componentes discretos o circuitos integrados unidos a y enlazados térmicamente a la placa extrema de expansión. Además, un compartimento del refrigerador, tal como se ilustra en la figura 9, puede construirse en asociación con la placa extrema 914 al sujetar una pared circundante 926 para contener un circuito electrónico 921 u otro objeto a enfriarse y se proporciona con un cierre removible 928. Esto proporciona un compartimento evacuado 929, los contenidos del cual se aislan térmicamente del ambiente, excepto a través de la placa extrema de compresión 922, para contener y enfriar un objeto, tal como el circuito electrónico 921. El término refrigerador se utiliza para designar la operación como un bombeo de energía térmica, que bombea energía térmica desde una temperatura baja en el extremo de expansión, hasta una temperatura elevada en el extremo de compresión. El término refrigerador no se limita a la aplicación a un compartimento enfriado. [Implementanciones del Motor] Los transductores termomecánicos de ciclo Stirling que incorporan la invención también pueden diseñarse y operarse como un motor para proporcionar energía mecánica a una carga mecánica. Para lograr esto, se enlaza térmicamente una fuente de energía térmica al extremo de expansión y el sistema de control incluye un enlace de transmisión de energía desde el diafragma de extremo de comprensión a una carga. La carga debe ser una parte del sistema de control ya que la impedancia de carga compleja es parte del sistema dinámico que determina la magnitud, fase y frecuencia de las vibraciones del diafragma descritas anteriormente. La figura 11 ilustra un diafragma de extremo de compresión 1110, conectado a una carga mecánica 1112 a través de una barra de conexión 1114, que opera como un enlace de transmisión de energía. La carga 1112 puede ser, por ejemplo, un generador eléctrico, un microrefrigerador doble o una bomba de fluido.

Los rollos en la figura 9 pueden utilizarse en una modalidad de la invención operados como un motor con el propósito de generar energía eléctrica. La energía térmica puede aplicarse a la placa extrema de expansión 1116 en cualquiera de las maneras convencionales, mediante las cuales se aplica energía térmica a los motores de ciclo Stirling incluyendo radiación solar incidente, combustión, radiación radioisótopo o calor sobrante industrial. La presente invención proporciona la oportunidad para la fabricación de micro motores, los cuales pueden utilizarse para convertir de manera eficiente la energía solar u otra energía térmica a energía eléctrica o energía mecánica. Debido a que las fotoceldas disponibles actualmente convierten energía de radiación solar directamente a energía eléctrica mediante un proceso opto-electrónico llamado el efecto fotovoltáico, sufren varias desventajas en comparación con la presente invención. Primero, la eficiencia, de la conversión termomecánica de energía mediante motores de Stirling, es superior a la eficiencia de conversión opto-electrónica de las células solares fotovoltaicas. Además, se encuentra disponible más energía solar para la conversión mediante un motor de Stirling que mediante una fotocélula: aunque solo aproximadamente el 25% de la energía en el espectro solar se encuentra dentro de la banda de longitudes de onda que excita un efecto fotovoltaico, la energía del espectro solar total puede convertirse a calor para accionar el ciclo Stirling. Además, con las fotoceldas, la cantidad de energía disponible para la conversión no puede incrementarse al concentrar radiación solar, ya que esto elevaría la temperatura de la fotocelda lejos de la muy modesta temperatura, a la cual se pierden las propiedades electrónicas necesarias de los semiconductores. En contraste, la radiación solar puede concentrarse sobre el aceptador térmico de silicio de un micro-motor de Stirling, ya que emplea las propiedades termomecánicas y no las electrónicas de silicio. [Métodos de Fabricación] Las modalidades de la presente invención se fabrican preferentemente al adaptar los procesos de fabricación de circuito integrado planos actuales a la producción de estas modalidades. Estos procesos incluyen, microlitografía, diversas técnicas de oxidación, deposición, adulteración, grabado químico y otras empleadas en el circuito integrado y en las industrias de accionador y detector de silicio. El chip de circuito integrado eléctrico, el cual es para enfriarse a temperaturas subambiente, puede fabricarse como una parte de la misma microplaqueta como un crioenfriador que incorpora la presente invención. La superficie de silicio del crioenfriador puede ser el substrato dentro o en el cual el circuito electrónico se construye. Las estructuras de la presente invención se prestan bien así mismas también la fabricación de grandes números de múltiples réplicas en una sola microplaqueta y a la separación subsecuente de la microplaqueta en ya sea en modalidades individuales o grupos de múltiples modalidades. Por ejemplo, las modalidades pueden construirse al formar un diafragma de cooperación, espacio de retroceso, espacio de expansión e intercambiador térmico para cada uno de una pluralidad de extremos de expansión de fluido, que aceptan el calor, espaciados aparte de una pluralidad de recipientes de presión del transductor de Stirling. Esto puede hacerse al grabar lejos de porciones seleccionadas de las microplaquetas de silicio y después alinear y unir las microplaquetas juntas en el plano como una placa extrema de expansión integral. De manera similar, un diafragma de cooperación, un espacio de retroceso, un espacio de compresión y el intercambiador térmico, con cada uno de una pluralidad de extremos de compresión de fluido, que rechazan el calor, espaciados aparte de una pluralidad de recipientes de presión del transductor de Stirling también pueden formarse mediante porciones seleccionadas lejos del grabado de las microplaquetas de silicio y después alinear y unir las microplaquetas juntas en el plano como una placa extrema de compresión integral. Una pluralidad de regeneradores térmicos pueden formarse y unirse juntos como una placa regeneradora integral, teniendo cada regenerador aberturas de fluido sobre los lados opuestos de la placa regeneradora. Las aberturas se espacian aparte para el registro con las placas extremas. Después, la placa regeneradora se interpone entre, se alinea con, y se enlaza a la placa extrema de expansión y la placa extrema de compresión, mediante una técnica, tal como el enlace de Mallory descrito en la Patente Estadounidense 3,397,278 para formar una estructura unitaria que comprende una pluralidad de transductores termomecánicos de ciclo Stirling. Esta estructura unitaria puede entonces separarse en transductores individuales o separados en una pluralidad de conjuntos de múltiples transductores. Una manera para formar la placa regeneradora integral es, formar una pluralidad de regeneradores substancialmente idénticos, individuales y después enlazar los regeneradores dentro de los agujeros en una o más de las placas de soporte previamente mencionadas, instalándose los agujeros en un conjunto espaciado de manera lateral, paralela registrada con las placas extremas. El conjunto de los regeneradores individuales se conecta entonces de manera mecánica para formar la placa regeneradora. La placa regeneradora entonces se une entre las dos placas extremas . [Conclusión] A partir de lo anterior es aparente que las modalidades de la presente invención los procesos que generan entropía en flujos oscilatorios se reducen grandemente, lo cual permite que la modalidad opere a frecuencias mucho más elevadas que las posibles previamente pensadas para máquinas de Stirling y permitir así que una máquina miniaturizada tenga una capacidad de bombeo térmica práctica y una capacidad específica muy deseable. Aunque las máquinas de ciclo Stirling de la técnica anterior se operaron probablemente en las frecuencias bajas convencionales con un número de olmersley por debajo de 5, el significado de la relación entre el tamaño del pasaje y el número de olmersley, y entre la amplitud de desplazamiento y el número de Mach nunca se ha asociado con una oportunidad para construir máquinas de frecuencia elevada, pequeñas. El concepto amplio de la invención es la combinación de pasajes que exhiben un número de olmersley característico por debajo de 5 y un números de Mach por debajo de 0.1 combinados con una frecuencia de operación arriba de 500 Hz.

Debido al incremento dramático en la conductividad térmica de silicio a medida que la temperatura declina, el silicio elabora un material excepcionalmente deseable para intercambiadores térmicos de temperatura baja y componentes de conducción térmicos. Al mismo tiempo, el silicio es un material de substrato ideal para la sujeción o fabricación de chips de silicio ya que no existe diferencia en el coeficiente térmico de expansión entre el substrato y el chip, la cual, si existiera, de otro modo tendería a hacer desprendimiento o separación bajo cursos de temperatura extrema que ocurren en un criorefrigerador . Ya que el silicio es el material más común, en el cual se fabrican circuitos electrónicos, el silicio ofrece la posibilidad de fabricar circuitos dentro de la estructura del intercambiador térmico del microrefrigerador por sí mismo. Los circuitos fabricados dentro del intercambiador térmico con extremo enfriado pueden ser los circuitos de la máquina que se diseña para enfriar, o pueden ser los circuitos que controlan la operación de la máquina. El tamaño pequeño y la frecuencia elevada de esta máquina permite que la máquina opere en condiciones casi isotérmicas, diferentes a las condiciones adiabáticas eficientes de energía menor en máquinas de frecuencia más elevada, grandes, previas.

Mejoras Aunque las definiciones de terminología, la cual se utiliza en este documento para describir las modalidades alternativas y preferidas de la invención, generalmente se conocen por aquellos expertos en la materia, es deseable revisar brevemente y definir expresamente términos adicionales, los cuales se utilizaran. En el contexto de los transductores termomecánicos, el término "pistón" se utiliza para referirse a un componente alternante, a través del cual se mantiene una diferencia de presión, considerando que el término "desplazador" se utiliza para referirse un componente alternante, a través del cual se mantiene una diferencia de temperatura. Los transductores termomecánicos que incorporan un regenerador se refieren como transductores regenerativos. Un tipo de transductor regenerativo es un transductor de ciclo Stirling. Se sabe bien que el ciclo termodinámico de Stirling puede implementarse mediante transductores con diversas configuraciones de componentes internos. En el transductor de ciclo Stirling con configuración alfa, los dos componentes alternativos internos, contribuyen substancialmente ambos a la compresión y expansión, así como al desplazamiento del fluido de funcionamiento. Por lo tanto, estos componentes se conocen como el pistón de compresión y el pistón de expansión. La frecuencia, amplitud y fase de los movimientos de ambos de estos pistones se controla ya sea por un enlace mecánico o mediante accionadores electromecánicos enlazados eléctricamente a un aparato del circuito de control. Por el contrario, un transductor de ciclo Stirling con configuración beta emplea un pistón y un desplazador. La configuración beta se adecúa substancialmente bien para usarse en transductores de ciclo Stirling de pistón libre, en los cuales la frecuencia, amplitud y fase de los movimientos del pistón y desplazador se controlan mediante la instalación de las masas de estos componentes, mediante los resortes conectados a ellos, y mediante las fuerza de presión que actúan sobre ellos. Como un resultado, una ventaja de la configuración beta por encima de la configuración alfa es que la configuración beta elimina al menos un transductor electromecánico del sistema de control. Se sabe que un transductor de ciclo Stirling con configuración beta operado para convertir energía térmica a movimiento mecánico de un pistón puede conectarse a otro transductor de ciclo Stirling con configuración beta operado para utilizar ese movimiento para bombear energía térmica desde una temperatura inferior a una temperatura elevada. Los dispositivos de este tipo se refieren como transductores de ciclo Stirling dobles y no requieren de transductores electromecánicos para la conversión de energía, aunque pueden emplear un transductor electromecánico en un sistema inicial auxiliar. Otro tipo de transductor regenerativo es una bomba térmica de Vuilleumier. De manera similar a un transductor de ciclo Stirling doble, una bomba térmica de Vuilleumier también puede operarse para convertir energía térmica, que fluye desde una temperatura elevada hacia una temperatura intermedia, para bombear energía térmica desde una temperatura inferior hasta una temperatura intermedia. Sin embargo, la bomba térmica de Vuilleumier logra este efecto mediante compresión térmica sin involucrar el movimiento mecánico de un pistón de compresión. Conceptualmente, por lo tanto, una bomba térmica de Vuilleumier se parece a un transductor de ciclo Stirling doble sin un pistón de compresión mecánico. En el campo de micrielectrónicos, el término "integrado" se refiere a circuitos eléctricos, las partes componentes del cual se construyen como porciones de un solo objeto mecánico y el cual, por lo tanto, no tiene que conectarse mecánicamente junto tal como al soldarse después de su fabricación con el objeto de llevar a cabo su función como un circuito eléctrico. Estos circuitos integrados se fabrican en grandes números de manera simultánea en una microplaqueta de silicio unitaria y se separan subsecuentemente en chips de circuitos individualmente funcionales. En el campo de los microdetectores y icroaccionadores, el término "integrado" se refiere a transductores, las partes de componentes de los cuales también se construyen como porciones de un solo objeto mecánico y el cual, por lo tanto, no tiene que conectarse mecánicamente después de su fabricación tal como al soldarse o fijarse con el objeto de llevar a cabo su función como un transductor. Estos transductores integrados se fabrican en grandes números de manera simultánea en una microplaqueta de silicio unitaria y se separan subsecuentemente en chips del transductor, individualmente funcionales. En el campo de microdetectores y microaccionadores, el enlace de microplaquetas juntas en el plano dentro de una estructura laminada antes de que las microplaquetas se separen en chips, se toman en cuenta como parte del proceso de fabricación del transductor integrado y no como parte de un proceso subsecuente para conectar juntas partes componentes de un transductor. De esta manera, el término "detector de presión integrado" se utiliza para referirse a un chip de de vidrio y silicio, el cual proporciona la función de un detector de presión, las partes componentes del cual, se fabricaron de manera simultánea con aquellos de muchos otros de tales transductores en microplaquetas de silicio y vidrio, cuyas microplaquetas se enlazaron juntas antes de ser divididas en transductores funcionales separados. [ENFRIADOR DE STIRLING] La figura 18 ilustra dos dispositivos electrónicos 1801 y 1802 montados en una placa de silicio que absorbe el calor 1803 y que tiene conductores, interconectados 104 formados sobre la placa 1803. Construidos debajo de los dispositivos electrónicos se encuentran dos enfriadores de Stirling de pistón libre para eliminar el calor y disminuir la temperatura de los dispositivos electrónicos. Aunque la figura muestra un enfriador de Stirling asociado con cada circuito integrado, tal asociación biunívoca no se implica o requiere necesariamente. Cada uno de estos enfriadores, tal como el enfriador 1805, es una réplica del otro y juntos se muestran instalados en un conjunto 1 por 2, aunque puede fabricarse en conjuntos más grandes de doble dimensión. Espaciada abajo y paralela con la placa de silicio que absorbe el calor 1803 se encuentra una placa de silicio que rechaza el calor 1806. Interpuesto entre estas placas se encuentra el desplazador regenerativo 1807. El desplazador regenerativo 1807 incluye un regenerador térmico 1810 con una matriz perforada en comunicación fluida con la placa que absorbe el calor 1803 y la placa que rechaza el calor 1806 en sus extremos opuestos. La placa de silicio que absorbe el calor 1803, la placa de silicio que rechaza el calor 1806 y el desplazador regenerativo interpuesto 1807, forman el recipiente que contiene presión de los enfriadores de ciclo Stirling. Cada recipiente que contiene presión define un espacio de trabajo cerrado, que incluye pasajes de fluido y que contienen un fluido expansible y compresible, típicamente un gas, todo el cual se necesita para formar un transductor termomecánico de ciclo Stirling. Las placas 1803 y 1806 cada una puede comprender múltiples capas laminadas. Las estructuras de las placas de silicio 1803 y 1806 y del desplazador regenerativo 1807 se forman preferentemente al utilizar tecnología de procesamiento plano del tipo utilizada en la fabricación de circuitos integrados electrónicos y accionadores y detectores de silicio. En la modalidad preferida, el intercambiador térmico que acepta el calor es la pared interior 1813, la cual, junto con el diafragma de desplazador 1808, enlaza el espacio de expansión 1814, aunque pueden utilizarse alternativas como se describe abajo. De manera similar el intercambiador térmico que rechaza el calor es el diafragma de pistón 1811, el cual, junto con el diafragma de desplazador 1809 define un espacio de compresión 1815, aunque pueden utilizarse alternativas como se describe abajo. La placa que rechaza el calor también incluye un pistón 1816 comprendido de un realce 1817 y un diafragma flexible 1811. Para controlar la frecuencia y amplitud del pistón, el pistón se conecta a través de un enlace de transmisión de energía 1818 a un medio de potencia motriz 1819. Ejemplos de tal medio de potencia motriz incluyen accionadores electromecánicos, tales como, transductores magnetoestrictivos, electrostáticos y electromagnéticos, así como transductores termomecánicos tales como, motores de ciclo de Diesel, de Otto y de Stirling. Los motores de ciclo Stirling se exponen con más detalle abajo. Interpuesto entre la placa que acepta el calor 1803 y la placa que rechaza el calor 1806 se encuentra un desplazador regenerativo 1807 comprendido de un regenerador 1810 soportado en su lugar mediante diafragmas de desplazador flexibles 1808 y 1809 y una pluralidad de paredes 1820 para conectar el desplazador regenerativo a las placas que absorben y rechazan el calor, espaciadas 1803 y 1806. En la modalidad preferida, el regenerador 1810 tiene una pared circundante 1821, la cual contiene substancialmente el fluido motor. Dentro de la pared circundante 1821 se encuentra una matriz perforada 1822 en comunicación fluida con el espacio de expansión 1814 y el espacio de comprensión 1815. En la modalidad preferida, la matriz perforada comprende una pluralidad de paredes planas, espaciadas 1823 conectadas a sus lados opuestos a la pared circundante 1821, aunque pueden utilizarse modalidades alternativas. Preferentemente, los pasajes entre estas paredes tienen una relación entre dimensiones mayor a aproximadamente 8. Para reducir la conducción interna de calor entre la placa que rechaza el calor 1806 y la placa que acepta calor 1803, es deseable que la conductividad térmica a través del material desplazador regenerativo a lo largo de la dirección axial entre la placa que acepta el calor 1803 y la placa que rechaza el calor 1806 sea inferior y que el área seccional transversal de este material sea pequeña. Por el contrario, es deseable que la conductividad térmica de la placa que rechaza el calor 1806 y de la placa que acepta el calor sea elevada en todas las direcciones para reducir las caídas de temperatura entre las fuentes y receptores de calor por un lado y el fluido energético por el otro. En la práctica, una conductividad térmica de aproximadamente 1 W/m»k es lo suficientemente baja para el material del desplazador regenerativo y una conductividad térmica de 10 /m*k es lo suficientemente elevada para el material de las placas que aceptan y rechazan el calor. El dióxido de silicio tiene un material de conductividad térmica baja para los propósitos del desplazador regenerativo, teniendo una conductividad térmica de aproximadamente 1.4 /m*k. El silicio es un material con conductividad térmica elevada para los propósitos de la placa que acepta el calor y la placa que rechaza el calor, teniendo conductividades térmicas que varían desde 25 hasta 1000 /m*k entre temperaturas de 1000 K y 50 K. Otro material con conductividad térmica elevada con conductividades aún más elevadas en este rango de temperatura es el carburo de silicio. Además, es deseable para las tres partes funcionales del desplazador regenerativo (el regenerador, el desplazador y las paredes de conexión) se fabriquen de manera simultánea como porciones de una sola estructura mecánicamente integrada mediante los procesos industriales similares a aquellos empleados para fabricar las placas que rechazan el calor y que aceptan el calor del transductor como estructuras mecánicamente integradas. En la modalidad mejorada de la invención, todos estos objetivos se llevan a cabo al grabar anisotrópicamente silicio dentro de las tres formas dimensionales de la estructura unitaria del desplazador regenerativo, al oxidar esta estructura unitaria en dióxido de silicio, el cual tiene una conductividad térmica de un orden de magnitud o más inferior que el silicio y al enlazar juntas estas estructuras unitarias dentro de un componente del desplazador regenerativo mecánicamente integrado. Estas estructuras para una modalidad de un desplazador regenerativo se ilustran con mayor detalle en las figuras 22 y 23 y se describen con referencia a esas figuras. [SISTEMA DE CONTROL] En un transductor de ciclo Stirling de pistón libre, las masas del pistón y del desplazador, los resortes que actúan sobre el pistón y el desplazador, las áreas de diversas porciones del desplazador y la amortiguación de los movimientos del desplazador y el pistón comprenden un sistema de control mecánico que controla la fase, amplitud y frecuencia propias para el movimiento periódico del pistón y el desplazador. La teoría de operación y diversas modalidades para controlar la frecuencia, fase y amplitud del pistón y desplazador de los transductores de ciclo Stirling con configuración beta se enseñan por la técnica anterior y por lo tanto no se describen en detalle. Tal operación de un transductor de Stirling con configuración beta que opera como un motor, por ejemplo, se describe por Berchowitz y Redlich ("Linear dynamics of free-piston" Stirling engines, Proc Instn Mech Engrs, Vol 199, No A3, pp. 203-213), considerando que la operación de un transductor de Stirling con configuración beta que opera como un enfriador se describe por Berchowitz ("Free-piston Stirling coolers", Proc. International Refrigeration Conference - Energy Efficiency and New Refrigerants, Purdue University, Julio 14-17, 1992) . A medida que la presión del fluido energético alterna en un transductor de Stirling con configuración beta una fuerza igual al producto de la amplitud de la presión que alterna y el área del pistón expuesta al fluido energético actúa sobre el pistón. El desplazador se construye de tal manera que la porción de su área Adl expuesta al fluido energético en la región que absorbe el calor del transductor sea mayor que la porción de su área Ad2 expuesta al fluido energético en la región que rechaza el calor. Una tercer porción de su área Ad3=Adl-Ad2 se expone a una presión de referencia diferente, la cual varía durante un ciclo mucho menor que el que lo hace la presión del fluido motor. Como un resultado de esta instalación, también actúa una fuerza alternativa sobre el desplazador, de tal manera que la frecuencia común de los movimientos que alternan del pistón y desplazador, la proporción de las amplitudes de estos movimientos y el ángulo de fase entre estos movimientos se determinan mediante tales factores como Ad3, la fuerza elástica constante que actúa sobre el desplazador, la Q del desplazador (es decir, la proporción de la energía del desplazador almacenada y la energía disipada por el desplazador en cada ciclo) , las frecuencias naturales no amortiguadas del desplazador y el pistón y la amortiguación del movimiento del desplazador mediante varios procesos disipativos. La fuerza elástica constante se implementa al explotar las propiedades de la fuerza elástica del diafragma y del fluido motor que funciona como una fuerza elástica de gas. Se ilustra en la figura 18 un sistema de control representativo para mantener la frecuencia, amplitud y fase deseadas de las vibraciones del diafragma de pistón y desplazador. La masa del desplazador regenerativo 1807 y las constantes de las fuerzas elásticas de los diafragmas del desplazador 1808 y 1809 determinan esta frecuencia natural no amortiguada. La disipación de energía mediante el flujo viscoso del fluido motor a través del regenerador 1810 determina el amortiguamiento del movimiento del desplazador. Además, esta masa, estas constantes de la fuerza elástica y esta liberación, determinan la Q del desplazador. El área del diafragma del desplazador 1808 es mayor que el área del diafragma del desplazador 1809, debido a que el diámetro entre los bordes fijos del diafragma 1808 es mayor que el diámetro entre los bordes fijos del diafragma 1809. La presión diferencial alterna entra la presión del fluido motor en el espacio de trabajo y la presión del fluido entre los diafragmas del desplazador actúa sobre la diferencia en las áreas de los diafragmas del desplazador, para producir la fuerza neta que actúa sobre el desplazador regenerativo. La masa del pistón 1810 y la constante de la fuerza elástica del diafragma del pistón 1811 y el fluido motor en el espacio de trabajo cerrado determinan su frecuencia natural no amortiguada. En algunas modaliiades es conveniente que la pared circundante del regenerador o que uno o más de los diafragmas del desplazador contengan una o más perforaciones para permitir que el fluido motor llene las cámaras entre los diafragmas del desplazador, pero estas perforaciones deben ser lo suficientemente pequeñas para que no se interrumpa de manera substancial el flujo de oscilación y la presión del fluido motor dentro del espacio de trabajo durante la operación del transductor. En tales modalidades, las paredes interconectadas 1820 deben contener el fluido motor. En modalidades alternativas, en las cuales las cámaras entre los diafragmas del desplazador no se llenan con fluido proveniente del espacio de trabajo, la presión de referencia en estas cámaras puede establecerse por medio de perforaciones grandes o pequeñas en las paredes interconectadas 1820. [MOTOR DE STIRLING] Los transductores termomecánicos de ciclo Stirling que incorporan la presente invención, también pueden diseñarse y operarse como un motor para proporcionar energía mecánica a una carga mecánica. Para lograr esto, se enlaza de manera térmica una fuente de energía térmica a la región que absorbe el calor y la carga mecánica se enlaza de manera mecánica al pistón. Los efectos de almacenamiento de energía y de disipación de energía de la carga mecánica son parte del sistema de control mecánico que determina la amplitud, fase y frecuencia, de los movimientos del pistón y desplazador. Refiriéndose a la figura 19, la energía térmica puede aplicarse a la placa que acepta el calor 1902 en cualquiera de las maneras convencionales, mediante las cuales se aplica energía térmica a los motores de ciclo Stirling, incluyendo, radiación solar incidente, combustión, radiación de radio-isótopo, o calor sobrante industrial. La fuente térmica ilustrada en la figura 19 es un resistor eléctrico 1901 enlazado térmicamente a la placa de silicio que acepta el calor 1902. Construido arriba de la fuente térmica se encuentra un motor de ciclo Stirling de pistón libre 1903 para bombear el fluido a través de un circuito cerrado o abierto de pasajes. Aunque la figura muestra un motor de Stirling asociado con una fuente térmica, tal asociación biunívoca no se implementa o requiere necesariamente.

Espaciada abajo y paralela con la placa de silicio 1902 que acepta el calor se encuentra una placa de silicio que rechaza el calor 1904. Interpuesto entre estas placas se encuentra el desplazador regenerativo 1905. El desplazador regenerativo 1905 incluye un regenerador térmico 1906 con una matriz perforada en comunicación fluida con la placa que absorbe el calor 1902 y la placa que rechaza el calor 1904 en sus extremos opuestos. La placa de silicio que absorbe el calor 1902, la placa de silicio que rechaza el calor 1904 y el desplazador regenerativo interpuesto 1905 forman el recipiente que contiene presión del motor de ciclo Stirling. El recipiente que contiene presión define un espacio de trabajo cerrado que incluye pasajes de fluido y que contiene un fluido expansible y comprensible, típicamente un gas, todo el cual se necesita para formar un transductor termomecánico, de ciclo Stirling. En la modalidad mostrada en la figura 19, la placa que acepta el calor 1902 incluye una capa del substrato de la fuente térmica 1938 y una capa intercambiadora térmica que acepta el calor 1907 comprendida de una superficie extendida 1908. Preferentemente, la superficie extendida 1908 comprende una pluralidad de paredes planas, espaciadas 1939 conectadas a sus lados opuestos a la capa intercambiadora térmica, aunque pueden utilizarse modalidades alternativas. Preferentemente los pasajes entre estas paredes tienen una relación entre dimensiones mayor a aproximadamente 8. En la modalidad mostrada en la figura 19, la placa que rechaza el calor 1904 incluye una capa intercambiadora térmica que rechaza el calor 1909, dos capas de pistón 1910a y 1910b, y una cabeza de válvula integral 1911. De manera similar a la capa intercambiadora térmica que acepta el calor 1907 la capa intercambiadora térmica que rechaza el calor 1909 tiene una superficie extendida 1912, preferentemente comprendida de una pluralidad de paredes planas, espaciadas 1913 con los pasajes entre las paredes que tienen una relación entre dimensiones mayor a aproximadamente 8. Estas capas de pistón 1910a y 1910b comprenden un realce 1914 y dos diafragmas flexibles 1915 y 1916, 'aunque también pueden utilizarse otros números de capas y diafragmas. El diafragma del pistón 1915, junto con la capa intercambiadora térmica que rechaza el calor 1909, enlaza el espacio de compresión 1917. En la modalidad mostrada en la figura 2, las capas de pistón 1910a y 1910b se unen por medio de una película de vidrio o de metal. Esa técnica también puede utilizarse entre otras capas. Interpuesto entre la placa que acepta el calor 1902 y la placa que rechaza el calor 1904 se encuentra un desplazador regenerativo 1905 comprendido de un regenerador 1903 soportado en su lugar mediante los diafragmas del desplazador 1918, 1919, y 1920 y una pluralidad de paredes 1921 para conectar el desplazador regenerativo 1905 a las placas que absorben el calor y que rechazan el calor espaciadas 1902 y 1904. El regenerador 1903 tiene una pared circundante 1922, la cual contiene el fluido motor en la modalidad preferida. Dentro de la pared circundante 1922 se encuentra una matriz perforada 1923 en comunicación fluida con el espacio de expansión 1924 y el espacio de compresión 1917. El espacio de expansión 1924 se enlaza mediante la capa intercambiadora térmica que acepta el calor 1907 y el diafragma del desplazador 1920. En la modalidad preferida, la matriz perforada 1923 comprende una pluralidad de paredes planas, espaciadas 1925 conectadas en sus lados opuestos a la pared circundante 1922, aunque pueden utilizarse modalidades alternativas. Preferentemente, los pasajes entre estas paredes tienen una relación entre dimensiones mayor a aproximadamente 8. En la modalidad mostrada en la figura 19, la cabeza de válvula de fluido es un enlace de transmisión de energía que conecta mecánicamente el pistón a través del fluido bombeado a una carga mecánica que consiste del flujo de fluido a través del ciclo cerrado o abierto sujetado de pasajes. Las válvulas de silicio integradas se conocen bien en la industria del accionador de silicio. La cabeza de válvula integral 1911 mostrada en la figura 19 se comprende de tres capas de silicio enlazadas, las cuales incluyen puertos de entrada y salida, pasajes internos y componentes de válvula de descarga y succión. En operación, a medida que el realce del pistón 1914 se mueve lejos de la cabeza de válvula 1911, la presión en el espacio de compresión de la bomba de fluido 1926 declina atrayendo el borde de la válvula de succión 1927 suspendida sobre el diafragma de la válvula de succión flexible 1928 y lejos del asiento de la válvula de succión 1929, permitiendo que el fluido fluya a través del puerto de entrada 1930, más allá del asiento de la válvula de succión y a través de otro pasaje interno 1931 y 1932 hacia el espacio de compresión de la bomba de fluido 1926. Al mismo tiempo la presión de declive en el espacio de compresión de fluido 1926 atrae el realce de la válvula de descarga 1933 suspendido sobre el diafragma de la válvula de descarga 1934 contra el asiento de la válvula de descarga, evitando así que el fluido fluya desde el puerto de descarga 1935 hacia el espacio de compresión de la bomba de fluido. A medida que el realce del pistón 1914 se mueve hacia la cabeza de válvula 1911, la presión en el espacio de compresión de la bomba de fluido 1926 aumenta empujando el realce de la válvula de succión 1927 contra el asiento de la válvula de succión 1929, evitando que el fluido en el espacio de compresión de la bomba de fluido fluya fuera del puerto de entrada 1930. Al mismo tiempo, al aumentar la presión en el espacio de compresión del fluido 1926 empuja el realce de la válvula de succión 1933 lejos del asiento de la válvula de descarga, permitiendo así que el fluido fluya desde el espacio de compresión de la bomba de fluido más allá del asiento de la válvula de descarga, a través de los pasajes interiores 1935 y 1936 y fuera del puerto de descarga 1937. [ENFRIADOR STIRLING DOBLE] La figura 20 ilustra una modalidad de un transductor de ciclo Stirling de pistón libre doble, en el cual una placa de silicio que rechaza el calor común 2002 incluye dos capas intercambiadoras térmicas que rechazan el calor 2009 y 2010 y dos capas de pistón 2011 y 2012. De esta manera un motor Stirling con configuración beta 2001 se enlaza mecánicamente a través de un pistón común 2013 a un enfriador Stirling con configuración beta 2003 para comprender un transductor de ciclo Stirling doble, sin necesitarse cualquiera de los transductores electromecánicos para la conversión de energía. El establecimiento de una diferencia de temperatura suficiente entre el fluido motor en el espacio de expansión del motor 2014 y el espacio de compresión del motor 2015 causa que el desplazador regenerativo 2006 del motor Stirling 2001 y el pistón común 2013 alternen. Como se describe arriba la alternación del pistón común 2013 causa que el desplazador regenerativo 2016 del enfriador de ciclo Stirling 2003 alterne a fin de que el calor se absorba por la placa de silicio que acepta el calor 2017 causando que su temperatura decline, a fin de que la temperatura del fluido motor en el espacio de expansión 2018 del enfriador de ciclo Stirling sea menor que la temperatura del fluido motor en el espacio de compresión 2019 del enfriador de ciclo Stirling. La fuente térmica 2004 ilustrada en la sección axial en la figura 20, es un resistor eléctrico interno térmicamente enlazado a los bordes de las aletas del regenerador 2005 del desplazador regenerativo del motor de ciclo Stirling 2006. La figura 20A ilustra en vista plana a través de la sección transversal A-A' el resistor eléctrico 2004 como una tira de material eléctricamente resistente distribuida entre los cables eléctricos 2007 y 2008 a lo largo de una trayectoria tortuosa continua sobre los bordes de las aletas del regenerador 2005. También podrían emplearse otras trayectorias paralelas así como series eléctricas de múltiples materiales de diversas conductividades eléctricas. Las propiedades del material adecuadas para los conductores eléctricos en el extremo caliente del motor de ciclo Stirling incluyen el punto de fusión elevadoa, el coeficiente de difusión térmico bajo y la reactividad química baja. Ejemplos de tales materiales incluyen metales refractarios (tales como molibdeno, titanio, tungsteno, tantalio, y zirconio) los nitratos aluminas y silicios de estos metales y metales nobles (tales como platino, rodio, y niobio) . Un medio para pasar un conductor eléctrico a través del recipiente a presión del motor de ciclo Stirling se muestra en la figura 20B. En la figura 20B los cables eléctricos 2007 y 2008 se sellan herméticamente entre películas delgadas de material eléctricamente aislante (tal como dióxido de silicio, nitrato de silicio, o vidrio con punto de fusión elevado) . Una de estas películas aislantes 2011 se sujeta a la placa extrema de silicio caliente 2009 mientras que otra película aislante 2012 se sujeta al extremo caliente de la placa del desplazador regenerativo 2020. La película aislante 2013 llena el espacio entre y alrededor de los cables eléctricos 2007 y 2008 para aplanar la interfase entre las películas 2011 y 2012 para facilitar el establecimiento de un sello hermético. Actualmente se cree que una combinación de platino o niobio se prefiere, debido a que los alambres platino pueden utilizarse para hacer conexiones eléctricas a la película de platino y debido a que la película de niobio puede servir como una barrera para la difusión a temperatura elevada, debido a su coeficiente de difusión térmico inferior. Para facilitar la transferencia térmica desde la fuente térmica 2004 al fluido motor el extremo caliente del regenerado puede no ser oxidado, en cuyo caso la porción sin oxidar del regenerador funcionará como un intercambiador térmico que acepta el calor aproximadamente isotérmico que transfiere el calor de una manera unidireccional desde la porción sin oxidar de las aletas 2005 al gas, en lugar de un regenerador con un gradiente de temperatura axial fuerte que transfiere el calor de manera bidireccional dependiendo de la dirección del flujo del fluido motor. [BOMBA TÉRMICA DE VUILLEUMIER] Los principios de operación de una bomba térmica de Vuilleumier son bien conocidos por aquellos expertos en la materia de máquinas termomecánicas . De manera similar al transductor de ciclo Stirling doble, la bomba térmica Vuilleumier no requiere de un transductor electromecánico para la conversión de energía. Una ventaja de la bomba térmica de Vuilleumier sobre el transductor de ciclo Stirling doble en algunas aplicaciones, es que la bomba térmica de Vuilleumier produce menos vibración debido a su eliminación del pistón relativamente masivo del transductor de ciclo Stirling doble. Una desventaja relacionada de la bomba térmica de Vuilleumier comparada con el transductor de ciclo Stirling doble para otras aplicaciones, es una capacidad específica más pequeña ya que la bomba térmica de Vuilleumier no se beneficia de la expansión y compresión volumétrica proporcionada por el pistón del transductor de ciclo Stirling doble. Como con los transductores de ciclo Stirling, la frecuencia, amplitudes y fase de los movimientos de los componentes alternativos (dos desplazadores en este caso) en las bombas térmicas de Vuilleumier pueden controlarse ya sea mediante enlaces mecánicos y transductores electromecánicos o mediante las masas de los componentes alternativos por sí mismos, los resortes sujetos a ellos y mediante el amortiguamiento y las fuerzas de presión que surgen dentro de la máquina. La operación del formador de tipo (cinemático) de la bomba térmica de Vuilleumier se ha descrito por Walker ("Vuilleumier Cryocoolers, " en Cryocoolers, Parte 1: Fundamentáis, Plenum Press, Nueva York, 1983, pp. 185-236, especialmente pp. 212-220) . La operación del último tipo (pistón libre) de la bomba térmica de Vuilleumier se ha descrito por Schultz y Thomas ("A linear model of a free-piston Vuilleumier machine compared to experimental results of a prototype" 27ava. Conferencia de los Procedimientos de la Conversión de Energía de Intersociedad, IECEC 1992, San Diego, CA, Agosto 3-7, 1992, Volumen 5, pp . 5.75-5.80) Schultz y Thomas muestran que las bombas térmicas de Vuilleumier de pistón libre pueden lograr una oscilación estable sin una fuerza elástica entre el revestimiento y el desplazador frío y sin una fuerza elástica entre los dos desplazadores, pero no sin una fuerza elástica entre el desplazador caliente y el revestimiento al menos que el movimiento del revestimiento sea mayor comparado con aquel de los desplazadores. La figura 21 ilustra una modalidad de una bomba térmica de Vuilleumier de pistón libre que comprende una placa de silicio que acepta el calor caliente 2101, una placa desplazadora regenerativa caliente 2102, una placa tibia de silicio que rechaza el calor, una placa desplazadora regenerativa fría 2104 y una placa fría de silicio que acepta el calor. El desplazador regenerativo caliente incluye diafragmas del desplazador flexibles 2106 y 2107, la cual funciona como fuerzas elásticas que enlazan la masa del desplazador regenerativo caliente al revestimiento 2108. El revestimiento 2108 incluye todas las placas que rechazan el calor y que aceptan el calor, así como las paredes de los desplazadores regenerativos que conectan estas placas juntas. De manera similar el desplazador regenerativo frío incluye diafragmas del desplazador flexibles 2109 y 2110, los cuales funcionan como fuerzas elásticas que enlazan la masa del desplazador regenerativo frío al revestimiento 2108. Es deseable, como en los transductores de ciclo Stirling, para la conductividad térmica de los desplazadores regenerativos en la dirección axial se minimicen y para que la sección transversal térmica de este material se minimice. También, como en los transductores de ciclo Stirling las áreas de los diafragmas del desplazador 2106 y 2110 más cercanas a las regiones que aceptan el calor, son más grandes que las áreas de los diafragmas del desplazador 2107 y 2109 más cercanas a las regiones que rechazan el calor con el objeto de proporcionar las áreas diferenciales requeridas para crear las fuerzas alternativas que accionan los movimientos del desplazador. También como en los transductores de ciclo Stirling descritos arriba, la presión de referencia involucrada en el control de cada desplazador regenerativo, es la presión del fluido en las cámaras 2111 y 2112 entre los diafragmas del desplazador. [DETALLES DEL DESPLAZADOR REGENERATIVO] Es bien sabido que el cristal de silicio puede cortarse en microplaquetas de tal manera que un vector normal al plano de estas microplaquetas - se encuentre en una dirección cristalográfica seleccionada del cristal de silicio. Estas direcciones cristalográficas se representan por sus índices llamados Miller, los cuales se encuentran en la forma <XYZ>, en donde X, Y, y Z representan las longitudes de los vectores en un sistema coordinado cartesiano alineado con la estructura cristalográfica. También es bien sabido que el cristal de silicio es anisotrópico con respecto a muchas de sus propiedades. Es decir, estas propiedades tienen diferentes valores en diferentes direcciones cristalográficas. Para los propósitos del circuito microelectrónico, por ejemplo, microplaquetas con su plano normal a una de la <100> familia de direcciones cristalográficas, usualmente se prefieren debido a los valores de ciertas propiedades electrónicas del cristal en esa dirección. Además de las propiedades anisotrópicas del silicio se encuentra la solubilidad del cristal de silicio en ciertos químicos. Por ejemplo el cristal de silicio se graba más rápido en las familias de <100> y <110> direcciones en soluciones acuosas de hidróxido de potasio que en la familia de <111> direcciones. Además, el silicio se graba mucho más rápido en las direcciones <100> y <110> que en el dióxido de silicio. Esta selectividad y anisotropía química se emplea ampliamente para formar estructuras tridimensionales complicadas para los accionadores y detectores integrados. Se desea que el regenerador de un transductor regenerativo microminiatura que sea tanto anisotrópico de manera elevada en la estructura (preferentemente que se comprenda de una multiplicidad de paredes paralelas, espaciadas) como que el material de estas paredes sea inferior en conductividad térmica. Sin embargo, los materiales que conducen por sí mismos la formación de estructuras anisotrópicas de manera elevada son cristalinos y los materiales cristalinos tienen conductividades térmicas relativamente elevadas. Por el contrario, debido a que los materiales con conductividades térmicas bajas son amorfos, son difíciles de formar dentro de estructuras elevadamente anisotrópicas. La presente invención supera esta dificultad al explotar las propiedades químicas del silicio, a fin que la estructura elevadamente anisotrópica del desplazador regenerativo se forme en una microplaqueta de silicio anisotrópico y después la estructura resultante se oxida en un dióxido de silicio amorfo, el cual tiene una conductividad térmica más baja. La figura 22A ilustra un lado de una microplaqueta de silicio <110> 2201. La orientación cristalográfica de una microplaqueta <110> puede únicamente especificarse por la ubicación de ciertas superficies planas 2202 y 2203 pulidas en el borde de la microplaqueta. En la modalidad mostrada en la figura 22A, la orientación se indica por superficies planas alineadas con planos <111> ubicados en 70.53 grados aparte. - l l - Wa figura 22B muestra una vista plana ampliada de una cavidad hexagonal irregular pero simétrica 2204 grabada a través de un agujero en una película de dióxido de silicio que cubre una microplaqueta de silicio <110> tal como la que se muestra en la figura 22A. Después de que ha pasado un tiempo de grabado suficiente para el proceso de grabado para finalizar en los planos <111>, la cavidad 2204 mostrada en la figura 22B resultará a partir de cualquiera y cada uno de los agujeros que tienen bordes tangentes a las seis líneas (AB, BC, CD, DE, EF, y FA) en donde los seis planos <111> que contituyen los lados de la cavidad 2204 intersectan la superficie de la microplaqueta. De los seis planos <111>, cuatro planos 2205, 2206, 2207 y 2208 son perpendiculares a la superficie <110> de la microplaqueta y dos planos 2209 y 2210 decienden a partir de la superficie en ángulos de 35.29 grados. Los dos planos inclinados 2209 y 2210 se encuentran el la línea GH en la parte inferior de la cavidad y se enlazan mediante los planos perpendiculares <111>. En general los puntos G y H no se encuentran en la parte inferior de las líneas verticales que descienden desde los puntos A y D, respectivamente, en donde los planos verticales <111> 2205 y 2206 y los planos verticales <111> 2207 y 2208 se encuentran respectivamente. La figura 22H muestra la cavidad hexagonal 2204 - I ß - en la microplaqueta de silicio 2201 en vista oblicua. Los lados verticales 2207 y 2208 y los planos inclinados 2209 y 2210 son visibles en esta vista. La figura 22C es una sección vertical tomada a través de la línea 1-1' en la figura 22B que muestra las porciones del plano vertical <111> 2207 que descienden de la línea AB y el plano vertical 2208 que desciende en la línea FA en la figura 5B y una porción del plano inclinado <111> 2209 que desciende de la línea BC en la figura 22B. La figura 22D es una sección vertical tomada a través de la línea 2-2' en la figura 22B. La línea 2-2' es perpendicular a la línea GH a lo largo de la cual los planos inclinados <111> 2209 y 2210 se intersectan. La figura 22D muestra el plano vertical completo <111> 2207 que desciende de la línea AB y el plano vertical completo 2208 que desciende de la línea FA en la figura 22B, cuyos planos terminan la ranura V formada por los planos inclinados <111> 2209 y 2210 que descienden de las líneas BC y EF respectivamente en la figura 22B. La figura 22E ilustra una vista ampliada de una cavidad romboidal irregular 2211 de un tipo que también puede formarse en una microplaqueta de silicio <110> similar al mostrado en la figura 22A. Las posiciones de las seis líneas, en las cuales la cavidad hexagonal en la figura 22B intersectan la superficie de la microplaqueta, también se ilustran como referencia. La cavidad 2211 solo puede formarse a través de un agujero de dióxido de silicio, el cual tiene lados que son congruentes con las cuatro líneas IJ, JK, KL y Ll, en las cuales los cuatro planos <111> de la cavidad romboidal intersectan la superficie de la microplaqueta de silicio. De estos cuatro planos <111> dos planos <111> 2212 y 2213 son perpendiculares a la superficie de la microplaqueta y dos planos <111> 2214 y 2215 descienden hacia la microplaqueta en un ángulo de 35.29 grados con respecto a la superficie <110> de la microplaqueta. Los dos planos inclinados 2214 y 2215 se encuentran en la línea 2216 en la parte inferior de la cavidad y se enlazan por los planos perpendiculares <111>. En general los planos verticales <111> 2212 y 2213 tienen la forma de un triángulo isóceles. La figura 22F ilustra el lado opuesto de la microplaqueta de silicio <110> mostrado en la figura 22A. La figura 22G ilustra una vista ampliada de una cavidad romboidal irregular 2217 que es la imagen de espejo de una mostrada en la figura 22E a fin de que si la superficie <110> mostrada en la figura 22C y la superficie <110> mostrada en la figura 22G se encuentran en contacto, los puntos I y N, J yM, K y P, y L y O puedan alinearse. La figura 23 y la figura 24 muestran en perspectiva los lados opuestos de una porción representativa de la modalidad preferida de un chip del desplazador regenerativo integrado en una microplaqueta de silicio <110> tal como el que se muestra en la figura 5A y en la figura 5F. Las líneas punteadas 2301 en la figura 23 y 2401 en la figura 24 indican que el chip puede extenderse en una distancia arbitrariamente grande paralela a esa línea. El chip mostrado en la figura 23 y en la figura 24 comprende un regenerador 2302 y 2402 con paredes paralelas, espaciadas en planos <111> perpendiculares a la microplaqueta de silicio <110>, en la cual se fabricó el chip. Un diafragma del desplazador 2303 y 2403 en un plano <110> paralelo al plano <110> de la microplaqueta, en la cual se fabricó el chip, una red reticulada de paredes 2304 y 2404 en planos <111> perpendiculares a y en inclinación en un ángulo de 35.29 grados con respecto a la superficie <110> de la microplaqueta, en la cual se fabricó el chip y una extensión periférica del diafragma del desplazador 2305 y 2405. En operación, la red reticulada de paredes de conexión 2304 y 2404 sujeta el diafragma del desplazador 2303 y 2403 al resto del transductor a fin de que el fluido motor se bombee entre las aletas paralelas espaciadas del regenerador 2302 y 2402. La red reticulada de paredes <111> 2304 incluye paredes inclinadas <111> 2307a y 2307b que conectan el diafragma del desplazador 2303 y su extensión 2305 a una superficie <110> 2306 sobre el lado opuesto del chip. Para disminuir la sección transversal térmica del desplazador regenerativo en la dirección axial perpendicular al plano del chip, el silicio que estaba originalmente entre las paredes inclinadas <111> 2300a y 2300b se ha retirado, para dejar solamente las paredes verticales, paralelas, espaciadas <111> 2407. Una red reticulada similar de paredes <111> 2308 y 2408 reduce el área de sección transversal de cualquiera de los lados del regenerador 2302 y 2402. La figura 25 y la figura 26 ilustran una modalidad alternativa de un chip del desplazador regenerativo integrado. En la modalidad mostrada en la figura 25 y en la figura 26, la red reticulada 2501 y 2601 de las paredes inclinadas y verticales de conexión <111> no se conectan lateralmente a la red reticulada 2502 y 2602 de las paredes inclinadas y verticales de conexión <111> y la red reticulada 2503 y 2603 de las paredes inclinadas y verticales de conexión <111>. Las figuras 27A, 27B y 27C muestran secciones verticales a través de la modalidad preferida del chip del desplazador regenerativo mostrado en la figura 23 y en la figura 24 y a través de una imagen de espejo de tal chip. El chip del desplazador regenerativo y su imagen de espejo ambas pueden formarse a partir de los lados opuestos de las microplaquetas de silicio <110> al explotar la cristalografía simétrica de silicio descrita arriba. Las secciones mostradas en la figura 27A tomadas a través de la red de las paredes de conexión ilustran que los planos inclinados <111> 2701 y 2702 interconectan las superficies <110> 2703 y 2704 sobre los lados opuestos del chip y que las superficies resultantes <110> 2705 y 2706 se alinean unas a otras a fin de que puedan conectarse en cascada unas con otra para enlazarse. Las secciones mostradas en la figura 27B se toman a través de una porción del diafragma del desplazador 2707 espaciado laterlamente a partir del regenerador considerando que las secciones mostradas en la figura 27C se toman a través del diafragma del desplazador 2708 y a través de uno de los espacios 2709 entre las aletas paralelas del regenerador. La figura 28A muestra una sección vertical a través de un desplazador regenerativo comprendido de tres pastillas de silicio del desplazador regenerativo 2801, 2802 y 2803 tal como el mostrado en la figura 23 y en la figura 24 y tres imágenes de espejo de tales chips 2804, 2805 y 2806 enlazados juntos como una estructura mecánicamente integrada. La sección mostrada en la figura 28A tomada a través de la red reticulada de las paredes de conexión <281> muestra que la estructura resultante conecta de manera rígida el desplazador regenerativo a los chips de silicio adyacentes 2807 y 2808. También pueden utilizarse otros números de microplaquetas del desplazador regenerativo para comprender un desplazador regenerativo. La evacuación de algunas o todas de estas celdas reduce la conductividad térmica de la estructura. La figura 28B muestra otra sección vertical tomada a través del diafragma del desplazador de la modalidad preferida del desplazador regenerativo. Esta sección muestra el espacio de expansión 2809 de un transductor termomecánico regenerativo enlazado por la placa de silicio que acepta el calor 2810 y el diafragma del desplazador 2811 y el espacio de compresión 2812 del transductor enlazado por la placa que rechaza el calor 2813 y el diafragma del desplazador 2814. El área del diafragma del desplazador 2811 es mayor que el área del diafragma del desplazador 2814. La figura 28C muestra otra sección vertical tomada a través del regenerador y el diafragma del desplazador de la modalidad preferida del desplazador regenerativo. Esta sección muestra cuatro redes de paredes inclinadas <111> 2815, 2816, 2817 y 2818 que constituyen parte de la trayectoria de conducción térmica entre la placa que rechaza el calor 2819 y la placa que rechaza el calor 2820. Las figuras 29A, 29B, 29C y 29D muestran secciones verticales a través de la modalidad preferida del chip del desplazador regenerativo mostrado en la figura 23 y en la figura 24 y a través de una imagen de espejo de tal chip. Las secciones mostradas en la figura 29A tomadas a través de la red de las paredes de conexión, ilustran que los planos verticales <111> 2901 y 2902 interconectan las superficies <110> 2903 y 2904 sobre los lados opuestos del chip y que las superficies resultantes <110> 2905 y 2906 se alinean unas con otras a fin de que puedan conectarse en cascada unas con otras para enlazarse. Las secciones mostradas en la figura 29B se toman a través de una porción del diafragma del desplazador 2907 lateralmente espaciado a partir del regenerador, considerando que las secciones mostradas en la figura 29C se toman a través del diafragma del desplazador 2908 y a través de la red de paredes 2909 adyacentes al regenerador. La sección mostrada en la figura 29D se toma a través del diafragma del desplazador 2909 y a través de las aletas paralelas del regenerador 2910. Los planos extendidos <110> 2903 en la figura 29A, 29011 en la figura 29B, 2909 y 2912 en la figura 29C, y 2913 y 2914 en la figura 29D proporcionan superficies planas para enlazarse a las microplaquetas adyacentes. La figura 30A muestra una sección vertical a través de un desplazador regenerativo comprendido de tres chips del desplazador regenerativo 3001, 3002 y 3003 tales como los mostrados en la figura 23 y en la figura 24, y tres imágenes de espejo de tales chips 3004, 3005 y 3006 enlazados juntos como una estructura mecánicamente integrada. La sección mostrada en la figura 30A tomada a través de la red de las paredes de conexión <111> muestra que la estructura resultante conecta de manera rígida el desplazador regenerativo a los chips de silicio adyacentes 3007 y 3008. La figura 30B muestra otra sección vertical tomada a través del diafragma del desplazador de la modalidad preferida del desplazador regenerativo. Esta sección muestra el espacio de expansión 3009 de un trasductor termomecánico regenerativo enlazado por la placa de silicio que acepta el calor 3010 y el diafragma del desplazador 3011 y el espacio de compresión 3012 del transductor enlazado por la placa que rechaza el calor 3013 y el diafragma del desplazador 3014. El área del diafragma del desplazador 3011 es más grande que el diafragma del desplazador 3014. La figura 30C muestra otra sección vertical tomada a través del diafragma del desplazador 3015 y la red de paredes adyacentes al regenerador 3016. La figura 30D muestra otra sección vertical tomada a través del regenerador y el diafragma del desplazador de la modalidad preferida del desplazador regenerativo. Esta sección muestra cuatro redes de paredes inclinadas <111> 3017, 3018, 3019 y 3020 que constituyen parte de la trayectoria de conducción térmica entre la placa que rechaza el calor 3021 y la placa que acepta el calor 3022. La figura 30D también muestra las aletas paralelas, espaciadas del regenerador 3023 del intercambiador térmico que rechaza el calor 3024 y del intercambiador térmico que acepta el calor 3025. [MÉTODOS DE FABRICACIÓN] Las modalidades de la presente invención se fabrican preferentemente al adaptar los procesos de fabricación del circuito integrado planos actuales a la producción de estas modalidades. Con respecto a los chips del desplazador regenerativo, en particular, las estructuras integradas se prestan por sí mismas bien a la fabricación de grandes números de múltiples répricas como una estructura unitaria en una sola microplaqueta de silicio <110>. Por ejemplo, las modalidades pueden formarse al formar un regenerador térmico, un diafragma del desplazador y una red de paredes de conexión como una estructura integrada al grabar apropiadamente una microplaqueta de silicio <110>. La multiplicidad de imágenes de espejo de estas microplaquetas <110> puede alinerase, trayendolas hacia un contacto interfacial íntimo y enlzándolas juntas mediante una unión por fusión o mediante un enlace autéctico. La conductividad térmica de la trayectoria de conducción térmica axial en esta estructura integrada también puede reducirse hasta dos órdenes de magnitud al oxidar totalmente la trayectoria de conducción térmica axial en un horno de oxidación a presión elevada. Una o más de las placas del desplazador regenerativo unidas resultantes pueden entonces enlazarse en el plano por medios similares a las placas intercambiadoras térmicas que rechazan el calor y que aceptan el calor para formar un transductor de Vuilleumier o de ciclo Striling completo. Este método tiene las ventajas de formar la placa del desplazador regenerativo de un transductor termomecánico regenerativo a partir de microplaquetas de silicio de manera similar a las placas que rechazan el calor y que aceptan el calor, de formar el regenerador, el desplazador y las paredes para conectar las placas del transductor como una estructura integrada en vez de componentes separados en piezas separadas del material que después debe de unirse junto y de permitir la conductividad térmica axial de la estructura del desplazador regenerativo a reducirse después de que la estructura del desplazador regenerativo se ha formado. Puede producirse un sello hermético para cables eléctricos para una fuente térmica interna al oxidar las microplaquetas de silicio que están por unirse, al depositar y definir fotolitográficamente conductores eléctricos en al menos una de estas microplaquetas, al depositar un material eléctricamente aislante sobre la superficie metalizada, al aplanar la superficie resultante y después al alinear las dos microplaquetas y traerlas en íntimo contacto a una temperatura elevada para enlazar las superficies interfaciales juntas. [Conclusión] A partir de lo anterior es aparente que en las modalidades de la presente invención los procesos que generan entropía en flujo oscilatorio se reducen grandemente, lo cual permite que la modalidad opere en frecuencias mucho más elevadas que las anteriormente pensadas para los transductores termomecánicos regenerativos y permitir así que una máquina pequeña tenga una capacidad de bombeo térmico práctica y una capacidad específica muy deseable. Aunque los transductores termomecánicos regenerativos de la técnica anterior probablemente se han operado en las frecuencias inferiores convencionales con un número Wolmersley por debajo de 5, el significado de la relación entre la amplitud de desplazamiento y el número de Mach nunca se han asociado con una oportunidad para construir máquinas de frecuencia elevada pequeñas. El concepto amplio de la invención es la combinación de pasajes que muestran un número de Wolmersley característico por debajo de 5 y números de Mach por debajo de 0.1 combinados con una frecuencia de operación por arriba de 500 Hz . Debido al incremento dramático en la conductividad térmica de silicio a medida que las temperaturas declinenen, el silicio hace un material excepcionalmente deseable para intercambiadores térmicos a temperatura baja y componentes que conducen el calor. Al mismo tiempo, el silicio es un material de substrato ideal para la sujeción de los chips de silicio, ya que no existe diferencia en el coeficiente térmico de expansión entre el substrato y el chip, el cual si estuviera presente, de otro modo tenderá a hacer la separación o desprendimiento bajo cursos de temperatura extrema que ocurren en un crioenfriador. Ya que el silicio es el material más común, en el cual se fabrican los circuitos electrónicos, el silicio ofrece la posibilidad de fabricar circuitos dentro de la estructura del intercambiador térmico del microrefrigerador por sí mismo. Además ya que el silicio puede oxidarse en dióxido de silicio el cual tiene una conductividad térmica considerablemente inferior que el silicio, después de que se ha formado en estructuras complejas, el silicio es un material ideal para formar desplazadores regenerativos. Estos desplazadores regenerativos pueden utilizarse entonces para implementar transductores termomecánicos de pistón libre que en algunos casos no requieren o requieren pocos transductores electromecánicos para la conversión de energía. El tamaño pequeño y la frecuencia elevada de esta máquina permiten que la máquina opere en condiciones casi isotérmicas a diferencia de las condiciones adiabáticas de menos eficiencia de energía en las máquinas de frecuencia inferior más grandes anteriores. Aunque ciertas modalidades preferidas de la presente invención se han descrito en detalle, debe entenderse que pueden adoptarse diversas modificaciones sin apartarse del espíritu de la invención o el alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones. 1. Un transductor termomecánico mejorado que tiene: (a) un recipiente que contiene presión que define un espacio de trabajo cerrado que contiene pasajes de fluido y un fluido compresible y expansible y que comprende al menos una región que acepta el calor, al menos una región que rechaza el calor y al menos una región que regenera el calor interpuesta entre dichas regiones que aceptan y rechazan el calor; y (b) un desplazador, el cual transporta alternativamente el fluido motor a través de dicha región que regenera el calor entre la región que acepta el calor y la región que rechaza el calor; en donde la mejora comprende los pasajes de fluido en el espacio de trabajo que son lo suficientemente estrechos para proporcionar un número de Wolmersley, el cual es característico de las irreversibilidades generadas por el flujo oscilatorio del fluido motor en el espacio de trabajo, substancialmente por debajo de 5 y la amplitud del flujo oscilatorio del fluido motor que es lo suficientemente pequeña para proporcionar al fluido motor un número de Mach máximo substancialmente por debajo de 0.1 en las frecuencias que operan por arriba de 500 Hz. [Placas que Rechazan el Calor y que Aceptan el Calor Integradas] 2. Un transductor según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de dichas regiones que rechazan el calor y que aceptan el calor del recipiente a presión es una placa integrada que comprende un material con conductividad térmica elevada. 3. Un transductor según la reivindicación 2, caracterizado porque la región que acepta el calor del recipiente a presión es una placa integrada que comprende un material con conductividad térmica elevada y la región que rechaza el calor del recipiente a presión es una placa integrada, paralela, espaciada que comprende un material con conductividad térmica elevada. [Conjunto] 4. Un transductor según la reivindicación 3, caracterizado porque incluye además una pluralidad de dichos recipientes de presión instalados en un conjunto de dos dimensiones paralelo, las regiones que aceptan el calor de los recipientes de presión que se forman de manera integrada como porciones de una placa y las regiones que rechazan el calor se forman de manera integrada como porciones de otra placa. [Silicio] 5 Un transductor según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho material con conductividad térmica elevada es silicio. 6 Un transductor según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho material con conductividad térmica elevada es carburo de silicio. [Estructuras de Unión de la Microplaqueta de Silicio] 7 Un transductor según la reivindicación 6, caracterizado porque la placa de silicio comprende una pluralidad de microplaquetas de silicio, grabadas, laminadas unidas juntas en el plano. 8 Un transductor según la reivindicación 6, caracterizado porque la placa de carburo de silicio comprende una pluralidad de microplaquetas de silicio grabadas, laminadas, unidas juntas en el plano. 9 Un transductor según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante enlace por fusión. 10 Un transductor según la reivindicación 8, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante una película de vidrio intermediaria. 11 Un transductor según la reivindicación 8, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante una película de metal intermediaria. [Placa que Regenera el Calor Integrada] 12 Un transductor según la reivindicación 1, caracterizado porque la región que regenera el calor del recipiente a presión es una placa integrada que comprende un material con conductividad térmica baja. [Dióxido de Silicio] 13 Un transductor según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho material con conductividad térmica baja es dióxido de silicio. [Estructuras de Unión de la Microplaqueta de Dióxido de Silicio] 14 Un transductor según la reivindicación 13, caracterizado porque la placa de dióxido de silicio comprende una pluralidad de microplaquetas de silicio oxidadas, grabadas y laminadas unidas juntas en el plano. 15 Un transductor según la reivindicación 14, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante un enlace por fusión. 16 Un transductor según la reivindicación 14, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante una película de vidrio intermediaria. 17 Un transductor según la reivindicación 14, caracterizado porque dichas microplaquetas se unen mediante una película de metal intermediaria. [Estructuras de Unión del Transductor] 18 Un transductor según la reivindicación 3, caracterizado porque las placas que rechazan el calor, que regeneran el calor y que aceptan el calor se unen juntas dentro de una estructura integrada. 19 Un transductor según la reivindicación 18, caracterizado porque dichas placas se unen mediante un enlace por fusión de silicio. 20 Un transductor según la reivindicación 18, caracterizado porque dichas placas se unen mediante una película de vidrio intermediaria. 21 Un transductor según la reivindicación 18, caracterizado porque dichas placas se unen mediante una película de metal intermediaria. [Implementaciones] [Motor de Stirling de Pistón Libre con Configuración Beta] 22 Un transductor según la reivindicación 2 o 3 o 4, caracterizado porque: a) una fuente de energía térmica se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión; b) un desplazador regenerativo de calor para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión y que opera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor; c) la región que rechaza el calor del recipiente a presión incluye un pistón para expandir y comprimir de manera alterna el fluido motor; y d) un enlace de transmisión de energía desde el pistón a una carga para operar el transductor como un motor para accionar la carga. 23. Un transductor según la reivindicación 22, caracterizado porque dicha carga es una bomba de fluido. 24. Un transductor según la reivindicación 22, caracterizado porque dicha fuente de energía térmica es una película eléctricamente resistiva sobre el exterior de la región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión. 25. Un transductor según la reivindicación 22, caracterizado porque dicha fuente de energía térmica es una película eléctricamente resistiva sobre el extremo del regenerador térmico más cerca a la región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión. [Bomba Térmica Stirling de Pistón Libre de Configuración Beta] 26 Un transductor según la reivindicación 2 o 3 o 4, caracterizado porque: a) una fuente de energía térmica se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión; b) un desplazador regenerativo frío para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión y que opera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor; c) la región que rechaza el calor del recipiente a presión incluye un pistón para expandir y comprimir de manera alterna el fluido motor; y d) un enlace de transmisión de energía desde el pistón a un medio de potencia motriz para operar el transductor como un enfriador para disminuir la temperatura de la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión. 27. Un transductor según la reivindicación 26, caracterizado porque dicho medio de potencia motriz es un motor eléctrico. [Enfriador de Stirling de Pistón Libre Doble con Configuración Beta] 28 Un transductor según la reivindicación 2 o 3 o 4, caracterizado porque: a) una fuente de energía térmica se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión; b) un desplazador regenerativo caliente para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión, y que opera de tal manera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor; c) la región que rechaza el calor del recipiente a presión incluye un pistón para expandir y comprimir de manera alterna el fluido motor; y d) un enlace de transmisión de energía desde el pistón a una carga para operar el transductor como un motor para accionar la carga, en donde dicha carga es un segundo transductor según la reivindicación 101 o 102 o 103 en donde: i) una fuente de energía térmica se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión; ii) un desplazador regenerativo frío para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión, y que opera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor; iii) la región que rechaza el calor del recipiente a presión incluye un pistón para expandir y comprimir de manera alterna el fluido motor; y iv) un enlace de transmisión de energía desde el pistón al motor para operar el segundo transductor como un enfriador para disminuir la temperatura de la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión. [Bomba Térmica Vuilleumier de Pistón Libre] 29 Un transductor según la reivindicación 2 o 3 o 4, caracterizado porque: a) una fuente de energía térmica se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión; b) una fuente de energía térmica que se enlaza térmicamente a una región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión; c) un desplazador regenerativo caliente para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura elevada del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión, y que opera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor; y d) un desplazador regenerativo frío para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico que se interpone entre la región que acepta el calor a temperatura inferior del recipiente a presión y la región que rechaza el calor del recipiente a presión y que opera para calentar y enfriar de manera regenerativa el fluido motor a medida que el fluido motor se transporta de manera alterna entre dichas regiones que aceptan el calor y que rechazan el calor. [El Desplazador Regenerativo] 30. Un desplazador regenerativo para un transductor termomecánico que comprende un cuerpo integrado que forma un regenerador térmico en la masa de realce de un desplazador de fluido motor, el cual corresponde para transportar alternativamente un fluido motor a través del regenerador térmico y una red reticulada de paredes que rodean el desplazador de fluido motor para soportar el desplazador de fluido motor y para conectar el desplazador de fluido motor a otras partes del transductor termomecánico . 31. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 30, caracterizado porque el cuerpo integrado comprende un material con conductividad térmica baja. [Dióxido de Silicio] 32. Un transductor según la reivindicación 31, caracterizado porque dicho material con conductividad térmica baja es dióxido de silicio. [Desplazador] 33. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 30, caracterizado porque el desplazador de fluido motor comprende una pluralidad de diafragmas anulares espaciados de manera axial, paralelos conectados de manera central a la masa de realce y de manera periférica a las paredes. 34. Un desplazador de fluido motor según la reivindicación 33, caracterizado porque dichos diafragmas anulares son hojas planas. 35. Un desplazador de fluido motor según la reivindicación 33, caracterizado porque dichos diafragmas anulares tienen pliegues anulares. [Regenerador] 36. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 33, caracterizado porque la masa de realce central comprende una matriz perforada de manera axial que forma el regenerador y que tiene huecos continuamente conectados que proporcionan trayectorias de flujo de fluido motor axiales a través del regenerador. 37. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 34, caracterizado porque la matriz perforada comprende una pluralidad de paredes planas espaciadas, paralelas que definen los pasajes entre las paredes que tienen una relación entre dimensiones transversales mayores a substancialmente 8. [Resonancia] 38. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 33, caracterizado porque el desplazador es resonante de manera mecánica en la frecuencia substancialmente de operación del transductor termomecánico, del cual es una parte. 39. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 38, caracterizado porque las paredes definen un espacio de trabajo del transductor y el espacio de trabajo comprende una fuerza elástica de gas que tiene una característica de constante de fuerza elástica que actúa en el desplazador y en donde la masa de realce del desplazador y la constante de la fuerza elástica el diafragma del desplazador junto con la constante de la fuerza elástica del gas se seleccionan para resonar el desplazador en una frecuencia substancialmente de operación del transductor. [Recipiente a Presión] 40. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 30, caracterizado porque las paredes comprenden una red reticulada de celdas. 41. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 40, caracterizado porque la red reticulada de celdas forma un recipiente a presión sellado. 42. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 40, caracterizado porque al menos algunas de las celdas se evacúan. 43. Un desplazador regenerativo según la reivindicación 30, caracterizado porque la superficie lateral del regenerador forma un recipiente a presión sellado. [Método para la Fabricación del Transductor Termomecánico] 44. Un método para construir transductores termomecánicos, caracterizado porque el método comprende: (a) grabar lejos de las porciones seleccionadas de una microplaqueta de silicio para formar una pluralidad de regiones que aceptan el calor integradas en una placa que acepta el calor unitaria; (b) grabar lejos de las porciones seleccionadas de una microplaqueta de silicio para formar una pluralidad de regiones que rechazan el calor integradas en una placa que rechaza el calor unitaria; (c) formar una placa de desplazador regenerativo unitaria que tiene una pluralidad de componentes de desplazador regenerativo integrado; y (d) interponer, alinear en registro y unir la placa de desplazador regenerativo entre la placa que acepta el calor y la placa que rechaza el calor para formar una estructura unitaria que comprende una pluralidad de transductores termomecánicos integrados. 45. Un método según la reivindicación 44, caracterizado porque comprende además la separación de la estructura unitaria entre los transductores seleccionados para formar conjuntos de transductores. 46. Un método según la reivindicación 45, caracterizado porque comprende además la separación de la estructura unitaria entre los transductores para formar una pluralidad de transductores individuales. [Método para la Fabricación del Desplazador Regenerativo] 47. Un método para construir una pluralidad de desplazadores regenerativos integrados como una placa unitaria de material con conductividad inferior, caracterizado porque el método comprende: (a) grabar lejos de las porciones seleccionadas de las microplaquetas de silicio para formar una pluralidad de aletas del regenerador, diafragmas del desplazador sujetados a las aletas del desplazador y paredes que rodean los diafragmas; (b) oxidar las microplaquetas grabadas resultantes; y (c) alinear y unir las microplaquetas grabadas y oxidadaos resultantes juntas en el plano para formar una estructura unitaria que comprende una pluralidad de tales componentes. RESUMEN Se forma un enfriador o motor de ciclo Stirling microminiatura utilizando técnicas de procesamiento plano, semiconductoras. Tal transductor termomecánico de ciclo Stirling tiene placas extremas de silicio (14, 22) y un regenerador intermedio (50) . Las placas extremas (14, 22) se forman con diafragmas (34, 44) y espacios de espacio de retroceso (32, 42), una placa extrema (14) forma el extremo de expansión y la placa extrema opuesta (22) forma el extremo de compresión, con el regenerador (50) unido entre las mismas. Se enlaza un aparato de circuito de control a los diafragmas (34, 44) para controlar la amplitud, fase y frecuencia de las desviaciones. El aparato de circuito de control se adapta para operar el transductor arriba de 500 Hz y los pasajes y los espacios de trabajo, incluyendo aquellos dentro del regenerador (50) , espacio de expansión (30) y espacio de compresión (40), son lo suficientemente estrechos para proporcionar un número Wolmersley característico, el cual es característico de las irreversibilidades generadas por el flujo oscilante del fluido motor en el espacio de trabajo, substancialmente por debajo de 5 en la frecuencia de operación por arriba de 500 Hz. Además, la amplitud de las vibraciones, de las vibraciones de los diafragmas (34, 44) son suficientemente pequeñas para proporcionar al fluido motor un número máximo de Mach substancialmente por debajo de 0.1 en una frecuencia de operación por arriba de 500 Hz.