TWI776254B - 組合式再生器及再生器單元 - Google Patents

Abstract

本發明係一種再生器單元，包含環形的一外圍邊框，以及有複數肋條交錯的位在該外圍邊框中並連接該外圍邊框而形成之一孔隙部，該孔隙部有複數孔隙，該再生器單元的相對二端分別有一第一連結部及一第二連結部，該第一連結部及該第二連結部為可相對結合的型態。本發明藉由上述再生器單元組合成可改變再生器內的孔隙率的大小、孔隙的堆疊方向、軸向熱傳導特性及具有梯度變化孔隙率的再生器。

Description

組合式再生器及再生器單元

本發明係一種再生器單元，由再生器單元組成的具有孔隙率呈梯度變化的組合式再生器，以及由再生器單元組成的可改變孔隙的堆疊方向、軸向熱傳導特性及孔隙率的大小的組合式再生器。

史特靈引擎或史特靈冷凍機是一種高效率的能量轉換裝置，常見透過兩個移動件來達到壓縮、膨脹工作氣體與來回壓縮工作氣體達到作動，並配合移氣器使工作氣體來回流動，另由不銹鋼線或銅線金屬網形成不規則圓柱狀的導熱材形成孔質再生器，透過再生器的孔質流道以便導引工作氣體在熱端及冷端中流動，而再生器的孔質流道對導引工作氣體流動影響甚大，相對的也對史特靈引擎或史特靈冷凍機輸出效果有所影響，而再生器的孔質流道的大小及方向對史特靈引擎或冷凍機的效率提升有所幫助，在史特靈引擎或史特靈冷凍機運作上再生器的孔質流道為不可或缺的一環。

為了增進再生器使用的穩定性，本發明人已有提出中華民國發明專利公告第I591253號「再生器及其製造方法」，係揭露其製造方法包含下列步驟：半加工件製作步驟：將一多孔隙材料成形為一柱體之型態；成形步驟：以一熱切割手段切割該柱體，使該多孔隙材料被熱切割處熔融而結合定型成一塊材。此法雖然可以提升再生器使用的穩定性，但是再生器內的孔隙率的大小、孔隙的 堆疊方向、及軸向熱傳導特性不易改變，使得史特靈引擎或冷凍機的效率難以再提升。

爰此，本發明提出一種再生器單元，包含：環形的一外圍邊框，以及有複數肋條交錯的位在該外圍邊框中並連接該外圍邊框而形成一孔隙部，該孔隙部有複數孔隙，該再生器單元的相對二端分別有一第一連結部及一第二連結部，該第一連結部及該第二連結部為可相對結合的型態，該再生器單元有一軸向，該第一連結部及該第二連結部自該外圍邊框沿該軸向延伸有一間距。

本發明另提出一種具有梯度變化孔隙率的組合式再生器，包含：複數再生器單元沿一軸向排列並連接，相鄰再生器單元其中之一的第一連結部與相鄰再生器單元之另一的第二連結部相對結合，且這些再生器單元之孔隙部的孔隙率沿該軸向呈梯度變化。

本發明再提出一種具有梯度變化孔隙率的組合式再生器，包含：複數再生器單元沿一軸向排列並連接，相鄰再生器單元其中之一的第一連結部與相鄰再生器單元之另一的第二連結部相對結合，且該相鄰再生器單元之另一相對該相鄰再生器單元其中之一樞轉一角度。

進一步，該再生器單元係利用3D列印製成，且透過3D列印控制該第一連結部及該第二連結部的延伸高度。

進一步，該第一連結部及該第二連結部為自該外圍邊框延伸呈環形的嵌合部。

進一步，該第一連結部及該第二連結部的延伸高度相當。

進一步，該第一連結部與該第二連結部為自上述孔隙部延伸呈相應的嵌槽與嵌塊。

進一步，該再生器單元包含環形的一內圍邊框，所述複數肋條交錯的位在該外圍邊框與該內圍邊框之間，並連接該外圍邊框與該內圍邊框。

進一步，在該軸向上，相鄰再生器單元沿著相同的方向樞轉該角度。

透過上述技術特徵可具有以下功效：

1.本發明藉由3D列印機的再生器單元，再生器單元的相對二端有可相對結合的第一連結部及第二連結部，藉由再生器單元的第一連結部與另一再生器單元第二連結部組合成再生器，並且可依據需求增加或減少再生器單元的數量。

2.透過3D列印機列印不同孔隙率的再生器單元，將再生器單元組合成再生器，透過不同孔隙率形成具有梯度變化孔隙率組合式的再生器，藉由梯度變化調整史特靈引擎或史特靈冷凍機工作氣流流入再生器的壓力降與熱阻的變化，使得史特靈引擎或史特靈冷凍機的效率提升。

3.透過樞轉組合式再生器的再生器單元的角度，使組合式再生器的孔隙堆疊方向受再生器單元樞轉角度改變，藉由孔隙堆疊方向變化使流場增加工作氣流的均勻性，使得史特靈引擎或史特靈冷凍機的效率提升。

4.3D列印機控制再生器單元的第一連結部及第二連結部的樣態及高度，例如：第一連結部及第二連結部可呈相對結合的環形的嵌合部或嵌槽與嵌塊，而藉由3D列印堆疊控制第一連結部及第二連結部的高度調整再生器單元 連接的間距，藉由調整間距改變再生器的軸向熱傳，使得史特靈引擎或史特靈冷凍機的效率提升。

5.再生器單元有內圍邊框，複數肋條交錯的位在外圍邊框與內圍邊框之間，並連接外圍邊框與內圍邊框形成中空的再生器單元，透過軸向連接形成中空圓柱狀的組合式再生器。

1:史特靈引擎

11:引擎部

12:再生器容置部

13:上蓋

2、2A、2B、2C、2D:再生器單元

21、21A、21B、21C、21D:第一連結部

22、22A、22B、22C、22D:第二連結部

23、23A:外圍邊框

24、24A、24B、24C:肋條

25、25A、25B、25C:孔隙部

26A:內圍邊框

D1:第一間距

D2:第二間距

D3:第三間距

D4:第四間距

[第一圖]係為本發明第一實施例中，由再生器單元組成組合式再生器之立體分解圖。

[第二圖]係為本發明第一實施例中，由再生器單元組成組合式再生器裝設於史特靈引擎中之立體組合圖。

[第三圖]係為本發明第一實施例中，改變孔隙堆疊方向的組合式再生器的立體示意圖。

[第四圖]係為本發明第一實施例中，改變孔隙堆疊方向的組合式再生器的組合型態示意圖。

[第五圖]係為本發明第二實施例中，具有梯度變化孔隙率的組合式再生器的立體示意圖。

[第六圖]係為本發明第二實施例中，具有梯度變化孔隙率的組合式再生器的組合型態示意圖。

[第七圖]係為本發明第三實施例中，具有梯度變化孔隙率且改變孔隙堆疊方向的組合式再生器的立體示意圖

[第八圖]係為本發明第三實施例中，具有梯度變化孔隙率及改變孔隙堆疊方向且具有不同間距的組合式再生器的組合型態示意圖。

[第九圖]係為本發明第四實施例中，再生器單元的第一連結部與該第二連結部為嵌槽與嵌塊的組合型態的示意圖。

[第十圖]係為本發明第五實施例中，再生器單元具有外圍邊框及內圍邊框的組合型態的示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明組合式再生器及再生器單元的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明第一實施例之組合式再生器應用於一史特靈引擎1，該組合式再生器係由多個再生器單元2沿一軸向排列並連接組成。具體而言，該史特靈引擎1有一引擎部11、一再生器容置部12及一上蓋13，上述組合式再生器設置於該再生器容置部12後，以該上蓋13蓋合固定。所述再生器單元2相對二端分別有一第一連結部21及一第二連結部22，該第一連結部21及該第二連結部22為環形的嵌合部，該第一連結部21及該第二連結部22皆沿該軸向延伸，相鄰再生器單元2其中之一的第一連結部21與相鄰再生器單元2之另一的第二連結部22相對結合。

請參閱第三圖及第四圖所示，係本發明第一實施例之組合式再生器，所述再生器單元2係由3D列印製成的圓柱狀結構，所述再生器單元2有一外圍邊框23，以及有複數肋條24交錯的位在該外圍邊框23中，並連接該外圍邊框23而形成一孔隙部25，該孔隙部25有複數孔隙，而該第一連結部21及該第二連結部22自該外圍邊框23兩側延伸。本實施例的再生器單元2組成之可改變孔隙堆疊方向的組合式再生器，將複數再生器單元2沿該軸向排列並連接，且該相鄰再生器單元2之另一相對該相鄰再生器單元2其中之一樞轉一角度，而該軸向排列並連 接的相鄰再生器單元2沿著相同的方向樞轉該角度，而相鄰再生器單元2其中之一的第一連結部21與相鄰再生器單元2之另一的第二連結部22相對結合有一第一間距D1，相鄰之該孔隙部25之間透過該相鄰再生器單元2其中之一的該第一連接部21及該相鄰再生器單元2之另一的該第二連接部22而隔著該第一間距D1。藉由樞轉的該角度改變該史特靈引擎1的工作氣體由相鄰再生器單元2流入另一相鄰再生器單元2的方向，而該第一間距D1可改變該軸向的熱傳。

請參閱第五圖及第六圖所示，係本發明第二實施例之組合式再生器，所述再生器單元2A係由3D列印製成的圓柱狀結構，藉由3D列印控制所印刷之肋條24A的數量而改變孔隙部25A的孔隙率，而製成不同孔隙率的再生器單元2A，再以不同孔隙率的再生器單元2A沿該軸向排列並連接，相鄰再生器單元2A其中之一的第一連結部21A與相鄰再生器單元2A之另一的第二連結部22A相對結合，且這些再生器單元2A之孔隙部25A的孔隙率沿該軸向呈梯度變化，如第五圖所示，該軸向排列所述再生器單元2A的該孔隙部25A的孔隙率越來越大，相鄰再生器單元2A其中之一的第一連結部21A與相鄰再生器單元2A之另一的第二連結部22A相對結合有一第二間距D2，而該第二間距D2可改變該軸向的熱傳，該孔隙部25A的孔隙率可依據需求而調整，例如：該軸向排列所述再生器單元2A的該孔隙部25A的孔隙率越來越小。

請參閱第七圖及第八圖所示，係本發明第三實施例之組合式再生器，此種型態為結合第一種型態及第二種型態的組合式再生器，係為可改變孔隙堆疊方向及具有梯度變化孔隙率的組合式再生器，所述再生器單元2B係由3D列印製成的圓柱狀結構，複數再生器單元2B沿該軸向排列並連接，相鄰再生器單元2B其中之一的第一連結部21B與相鄰再生器單元2B之另一的第二連結部22B 相對結合，且該相鄰再生器單元2B之另一相對該相鄰再生器單元2B其中之一樞轉該角度，藉由3D列印控制所印刷之肋條24B的數量而改變孔隙部25B的孔隙率，使該再生器單元2B之孔隙部25B的孔隙率沿該軸向呈梯度變化，該軸向排列所述再生器單元2B的該孔隙部25B的孔隙率越來越大，且相鄰再生器單元2B其中之一的第一連結部21B與相鄰再生器單元2B之另一的第二連結部22B相對結合有一第三間距D3，要說明的是，透過3D列印控制該第一連結部21B及該第二連結部22B的延伸高度而改變該第三間距D3間距，使該第三間距D3沿該軸向呈梯度變化。藉由樞轉該角度及梯度變化兩種型態的結合，可使工作氣體流動均勻從而使再生器單元2B的溫度均勻，且可改變該軸向的熱傳特性。

請參閱第九圖所示，本發明第四實施例的組合型態，所述再生器單元2C係由3D列印製成的圓柱狀結構，所述再生器單元2C的相對二端分別有一第一連結部21C及一第二連結部22C，該第一連結部21C由孔隙部25C延伸呈嵌塊，該第二連結部22C由孔隙部25C延伸呈嵌槽，而相鄰再生器單元2C其中之一的第一連結部21C與相鄰再生器單元2C之另一的第二連結部22C相對結合為緊密結合，使再生器單元2C與另一再生器單元2C之間未有間距，藉由緊密結合使再生器單元2C與另一再生器單元2C之間不會有熱阻的產生。

請參閱第十圖所示，本發明第五實施例的組合型態，所述再生器單元2D係由3D列印製成的中空圓柱狀結構，所述再生器單元2D有一外圍邊框23A及一內圍邊框26A，以及有複數肋條24C交錯的位在該外圍邊框23A與該內圍邊框26A之間中，並連接該外圍邊框23A與該內圍邊框26A，所述再生器單元2D的相對二端分別有一第一連結部21D及一第二連結部22D，該第一連結部21D及該第二連結部22D自該外圍邊框23A兩側延伸，而相鄰再生器單元2D其中之一的 第一連結部21D與相鄰再生器單元2D之另一的第二連結部22D在該軸向排列且相對結合有一第四間距D4，透過中空圓柱狀及該第四間距D3使所述再生器單元2D在該軸向排列上改變熱傳效果。

要說明的是，本發明3D列印製成的再生器單元結構不僅於上述實施例中的圓柱狀結構或上述中空圓柱狀結構，透過3D列印可控制再生器單元結構，依據不同型式的史特靈引擎，透過3D列印製作成多邊形結構、橢圓形結構或不規則型結構等。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:史特靈引擎

11:引擎部

12:再生器容置部

13:上蓋

2:再生器單元

21:第一連結部

22:第二連結部

Claims (10)

1. 一種再生器單元，包含：環形的一外圍邊框，以及有複數肋條交錯的位在該外圍邊框中並連接該外圍邊框而形成一孔隙部，該孔隙部有複數孔隙，該再生器單元的相對二端分別有一第一連結部及一第二連結部，該第一連結部及該第二連結部為可相對結合的型態，該再生器單元有一軸向，該第一連結部及該第二連結部自該外圍邊框沿該軸向延伸有一間距；當兩個該再生器單元相對結合時，相鄰之該孔隙部之間透過其中一再生器單元的該第一連接部及另一再生器單元的該第二連接部而隔著該間距，相鄰之該再生器單元的該間距沿該軸向呈梯度變化，且該另一再生器單元相對該其中一再生器單元樞轉一角度。
2. 如請求項1所述之再生器單元，其中，該再生器單元係利用3D列印製成。
3. 如請求項1所述之再生器單元，其中，該第一連結部及該第二連結部為自該外圍邊框延伸呈環形的嵌合部。
4. 如請求項3所述之再生器單元，其中，該第一連結部及該第二連結部的延伸高度相當。
5. 如請求項2所述之再生器單元，其中，係利用3D列印控制該第一連結部及該第二連結部的延伸高度。
6. 如請求項1所述之再生器單元，其中，該第一連結部與該第二連結部為自上述孔隙部延伸呈相應的嵌槽與嵌塊。
7. 如請求項1所述之再生器單元，進一步，該再生器單元包含環形的一內圍邊框，所述複數肋條交錯的位在該外圍邊框與該內圍邊框之間，並連接該外圍邊框與該內圍邊框。
8. 一種由請求項1至請求項7任一項所述之再生器單元組成之具有梯度變化孔隙率的組合式再生器，包含：複數再生器單元沿一軸向排列並連接，相鄰再生器單元其中之一的第一連結部與相鄰再生器單元之另一的第二連結部相對結合，且這些再生器單元之孔隙部的孔隙率沿該軸向呈梯度變化。
9. 一種由請求項1至請求項7任一項所述之再生器單元組成之可改變孔隙堆疊方向的組合式再生器，包含：複數再生器單元沿一軸向排列並連接，相鄰再生器單元其中之一的第一連結部與相鄰再生器單元之另一的第二連結部相對結合，且該相鄰再生器單元之另一相對該相鄰再生器單元其中之一樞轉一角度。
10. 如請求項9所述之可改變孔隙堆疊方向的組合式再生器，其中，在該軸向上，相鄰再生器單元沿著相同的方向樞轉該角度。

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