再生器和应用该再生器的流动气体热再生系统 【技术领域】
本发明涉及一种应用于斯特林(Sterling)-循环致冷机或类似致冷器的再生器，和还涉及应用这样再生器的流动气体热再生系统。
背景技术
应用于斯特林-循环致冷机的一类常规再生器1，例如在图8中所示的那样，是由在其表面上形成微小突出2a的树脂薄膜2构成，树脂薄膜卷成圆筒形，在它的内部留有中空空间。
图9是装有再生器1的自由-活塞-型斯特林-循环致冷机一个例子的侧剖面图。首先，将描述这个斯特林-循环致冷机的操作。如在图9中所示，自由-活塞-型斯特林-循环致冷机包括有工作气体如密封在其中的氦气的气缸8，这样布置地平衡器7和活塞5以便将气缸内部的空间划分为膨胀空间10和压缩空间9，驱动活塞5作往复运动的线性马达6，装设在膨胀空间10侧用于从外部吸收热量的热吸收器14，和放置在压缩空间9侧用于向外排出热量的放热器13。
在图9中，参考数字11和12代表板弹簧，分别支持平衡器7和活塞5，通过弹性允许它们作往复运动。参考数字15代表放热的热交换器，和参考数字16代表吸热的热交换器。这些热交换器引起致冷机内部和外部之间热量的交换。在放热的热交换器15和吸热的热交换器16之间设置再生器1。
在这种结构中，当驱动线性马达6时，活塞5在气缸8内向上运动，压缩在压缩空间9内的工作气体。当压缩工作气体时，它的温度上升，但同时通过放热的热交换器15由放热器13通过与外部空气的热交换器冷却工作气体。因此，获得等温的压缩。由活塞5在压缩空间9内压缩的工作气体在压力下流到再生器1内然后进入膨胀空间10。同时，工作气体的热量被储存在构成再生器1的树脂薄膜2内，所以工作气体的温度下降。
已经流入到膨胀空间10内的工作气体处于高压下，当平衡器7向下运动时膨胀，平衡器的往复运动相对活塞5保持有预定的相差。同时，工作气体的温度下降，但工作气体通过吸热的热交换器16由吸热器14通过从外部的空气吸收热量加热工作气体。因此，获得等温的膨胀。接着，平衡器7开始向上运动，从而在膨胀空间10内的工作气体通过再生器1回流到压缩空间9中。同时，工作气体接受储存在再生器1中的热量，所以工作气体的温度上升。这种操作的顺序，称为斯特林循环，由驱动部件的往复运动不断重复，造成吸热器14从外部的空气吸收热量并逐渐变冷。
以这种方式，由压缩空间9和膨胀空间10之间的再生器1回收工作气体的热能。因此，增加储存在再生器1中的热量会获得更高的热能回收效率。这就有可能得到理想的斯特林循环从而提高斯特林-循环冷气机的致冷性能。
但是，在上述的常规再生器1的结构中，再生器1本身是由树脂薄膜2组成，薄膜通常有低的导热性。这导致从工作气体到树脂薄膜2的低的热传导。所以，使再生器1不能储存足够的热量，结果产生不能令人满意的热能回收效率。这就降低了斯特林-循环致冷机的致冷性能。还有，再生器的边缘常容易变形，造成回收性能的改变和导致不稳定的回收性能。因此，本发明的目的是提供一种再生器，它能提供优良的热能回收效率和稳定的回收性能。
【发明内容】
为了达到上述的目的，按照本发明的一个方面，在由条状树脂薄膜卷成圆筒形构成的再生器中，该树脂薄膜有多层的结构，它的至少一部分占据离它的边缘预定的宽度。这就帮助增加再生器边缘的强度，从而使它们不容易变形，并这样帮助稳定再生器的性能。
按照本发明的另一方面，在由条状树脂薄膜卷成圆筒形构成的再生器中，在该树脂薄膜的表面上形成比树脂薄膜有较高导热性的一层。当通过再生器的一端热的工作气体流入到该再生器中时，工作气体的热量就被储存在该树脂薄膜中。这里，在树脂薄膜上形成的有高导热性的这层提高了再生器中的热传导。因此，更多的热量被储存在该树脂薄膜中。当通过再生器的另一端冷的工作气体流入到该再生器中时，工作气体接受储存在树脂薄膜中的热量。这里，在树脂薄膜上形成的有高导热性的这层提高了在再生器1中的热传导和提供更高的热容量。所以，更多的热量被排放到工作气体中。以这种方式，有可能获得高的热能回收效率。
树脂薄膜可以有在它的表面上形成的许多微小的突出。这在树脂薄膜互相叠加的不同卷之间产生间隙，因此允许工作气体沿着气缸的轴线从高温端流过那些间隙到低温端，或者相反。
按照本发明的还有一方面，在由条状树脂薄膜卷成圆筒形构成的再生器中，该树脂薄膜是由两层条状树脂薄膜组成，有一层是层压在两层树脂薄膜之间比这两层树脂薄膜有更高的导热性。这就帮助避免了把有高导热性的该层暴露在外面。
特别是，在树脂薄膜上形成的有高导热性的该层以便占据离再生器的边缘预定的宽度有助于减小面积，与在整个树脂薄膜上形成有高导热性的该层的情况相比较，有助于减小有高导热性该层的材料成本和相关成本。
通过在树脂薄膜上印刷含有高导热性组份的树脂墨水，可以很容易形成有高导热性的该层。在那种情况下，至少是金、银、铜、铝和碳中一种的微粒是适合作为有高导热性的组份。
将本发明的再生器放置在用作往复流动气体的流道的环形的空间中，有可能实现能提供高热能回收效率的通用的流动气体热再生系统。特别是，将本发明应用到自由-活塞-型斯特林-循环致冷机，有可能获得优良的致冷性能。
【附图说明】
图1是表示本发明第一实施例再生器结构的透视图。
图2是该再生器放大的剖面图。
图3是表示本发明第二实施例再生器结构的透视图。
图4是表示本发明第三实施例再生器结构的透视图。
图5是表示本发明第四实施例再生器结构的透视图。
图6是表示本发明第五实施例再生器结构的透视图。
图7是表示本发明第六实施例再生器的放大剖面图。
图8是表示常规再生器实例结构的透视图。
图9是表示自由-活塞-型斯特林-循环致冷机实例的侧剖面图。
【具体实施方式】
参考附图将描述本发明的第一实施例。图1是表示本发明第一实施例再生器结构的透视图，和图2是该再生器放大的剖面图。如在图1中所示，再生器1是由条状树腊薄膜2卷成圆筒形而构成。树脂薄膜2是由具有高的比热、低的导热性、高的热阻、低的水份吸收、和其他适合特性的材料制成，合适的例子包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚酰亚胺。
树脂薄膜2有许多微小的突出2a，有规律地形成在它的一侧整个表面上。例如通过印刷、压花、或热成形可以形成这些突出2a。如在图2中所示，突出2a使互相叠加的树脂薄膜2不同卷之间留有间隙。因此，通过这些间隙，如在图1中所示，工作气体沿着气缸的轴线(由点划线B所指的方向)如箭头A所示从高温端1H流到低温端1C，或者相反。
在树脂薄膜2的两侧表面上，树脂层3含有比树脂薄膜2较高导热性的组份，以薄膜的形式形成在表面上。金、银、铜、铝、碳、或类似元素的微粒适合作为高导热性组份，单独使用或作为它们中两个或几个的混合物使用。将微粒与树脂材料如聚乙烯混合，然后作为墨水，在树脂薄膜2的两侧表面上印刷该混合物，以便用树脂层3涂覆它。
下面，将描述在应用这种再生器1的斯特林-循环致冷机中如何获得热再生。当压缩从而加热的工作气体通过它的高温端1H流入再生器1时，工作气体的热能被储存在树脂薄膜2中。这里，由于树脂薄膜2上的树脂层3有足够高的导热性，热能首先沿着树脂层3传导然后储存在整个树脂薄膜2中。所以，储存了足够的热量。另一方面，当膨胀从而冷却的工作气体通过它的低温端1C流入再生器1时，储存的热量被排出。这里，热能沿着树脂层3传导和从整个树脂薄膜2排放给工作气体。所以，排出足够的热量。以这种方式，再生器1的操作有提高的回收能量效率。
参考附图将描述本发明的第二实施例。图3是表示本发明第二实施例再生器结构的透视图。如在图3中所示，树脂薄膜2有许多微小的突出2a，有规律地形成在它的一侧整个表面上。这些突出2a使互相叠加的树脂薄膜2不同卷之间留有间隙。因此，通过这些间隙，工作气体沿着气缸轴线(由点划线B指出的方向)如箭头A所示从高温端1H流到低温端1C，或者相反。
如在图3中所示，在树脂薄膜2的两侧表面上，形成含有导热性比树脂薄膜2高的组份的树脂层3，以条的形状沿着气缸轴线按有规律的间隔布置。在没有树脂层3的树脂薄膜2表面的各部分中，事先以条带形式按有规律的间隙布置放上掩膜。然后就象第一实施例那样进行涂覆。最后将掩膜清洗除去以便得到树脂层3。树脂层3的各条可以是按有规律的间隔布置。
下面，将描述在应用这种再生器1的斯特林-循环致冷机中如何获得热量的回收。当压缩从而加热的工作气体通过它的高温端1H流入再生器1时，工作气体的热能被储存在树脂薄膜2中。这里，由于树脂薄膜2上的树脂层3有足够高的导热性，热能首先传导到树脂层3的各个条带然后热能从各条带储存到树脂薄膜2中。所以，储存了足够的热量。另一方面，当膨胀从而冷却的工作气体通过它的低温端1C流入再生器1时，储存的热量被排出。这里，热能从树脂薄膜2传导给树脂层3的各条带然后排放给工作气体。所以，排出足够的热量。以这种方式，再生器1的操作有提高的回收能量效率。
在这个实施例中，在树脂薄膜2上是以条带形状按间隔布置形成树脂层3。这有助于在热量通过树脂层3从高温端1H传导到低温端1C时减小热量损失。还有，树脂层3比它们形成在整个树脂薄膜2上有较小的面积。这有助于减小使用的高导热性组份的数量，从而有助于减小成本。虽然没有形成树脂层3的各部分有相对低的导热性，但由于树脂层3是以条带的形状生成，通过确定树脂层3条带的宽度和间隔，从而使工作气体与那些低导热性部分尽可能少接触，有可能使热能回收效率的降低最小。
参考附图将描述本发明的第三实施例。图4是表示本发明第三实施例再生器结构的透视图。如在图4中所示，树脂薄膜2有许多微小的突出2a，有规律地形成在它的一侧整个表面上。这些突出2a使互相叠加的树脂薄膜2不同卷之间留有间隙。因此，通过这些间隙，工作气体沿着气缸轴线(由点划线B指出的方向)如箭头A所示及高温端1H流到低温端1C，或者相反。这里，再生器1围绕它的高温端1H和低温端1C的部分对热再生有特别高程度的贡献。
如在图4中所示，在树脂薄膜2的两侧表面上，形成含有导热性比树脂薄膜2高的组份的树脂层3，通过与第二实施例中相同的方法使该层离再生器1的每个边缘占据预定的宽度。
在这个实施例中，在树脂薄膜2上形成的树脂层3离再生器1的每个边缘占据预定的宽度，从而比它们形成在整个表面上有较小的面积。因此这有助于减小使用的高导热性组份的数量，所以有助于减小成本。还有，由于再生器1的这些部分对热能回收有较大的贡献，几乎不会降低再生器1的性能。
参考附图将描述本发明的第四实施例。图5是表示本发明第四实施例再生器结构的透视图。
如在图5中所示，在树脂薄膜2的两侧表面上，形成含有导热性比树脂薄膜2高的组份的树脂层3，以条的形状按有规律的间隔沿气缸轴线布置以便离再生器1的每个边缘占据预定的宽度。
在这个实施例中，在树脂薄膜2上以一定的间隔形成树脂层3，以便离再生器1的每个边缘占据预定的宽度，从而比它们形成在整个表面上有较小的面积。因此这有助于减小使用的高导热性组份的数量，所以有助于减小成本。还有由于再生器1的这些部分对热能回收有较大的贡献，几乎不会降低再生器1的性能。
在至今描述的各实施例中，描述的树脂薄膜2是在它的两侧表面上都形成树脂层3。但是，也可能仅在树脂薄膜的一个表面上形成树脂层。在那种情况下，就需要较少的墨水，和涂覆仅需要进行一次。这大大地降低了成本。
参考附图将描述本发明的第五实施例。图6是表示本发明第五实施例再生器结构的透视图。
如在图6中所示，在树脂薄膜2的两侧表面上，形成聚乙烯或类似物的树脂涂层4以便离再生器1的每个边缘占据预定的宽度。在不需形成树脂涂层4的树脂薄膜2表面上的中心部分，事先放上掩膜。然后在树脂薄膜2的两侧表面上印刷作为墨水的一种树脂材料以便获得涂层。最后清洗和除去掩膜以便得到树脂涂层4。
在这个实施例中，通过形成树脂涂层4，树脂薄膜2的占据离它的每个边缘预定宽度的各部分，即对热能回收有较大贡献的各部分，被做得比较厚。这不仅有助于增加热量储存容量从而提高热能回收效率，而且有助于使树脂薄膜在卷起时较不容易起皱纹。
在这个实施例中，描述的树脂薄膜2有树脂涂层4形成在它的两侧表面上。但是，也可以仅在树脂薄膜一侧的表面上形成树脂涂层。在那种情况下，就需要较少的墨水，和涂覆仅需要进行一次。这大大地降低了成本。
参考附图将描述本发明的第六实施例。图7是表示本发明第六实施例再生器的放大剖面图。如在图7中所示，再生器1是由复合树脂薄膜20卷成圆筒形而构成。复合树脂薄膜20是由两层条状有树脂层3的树脂薄膜21和22组成，树脂层3如下面描述那样层压在它们中间。一层树脂薄膜21有许多微小突出2a有规律地形成在它一侧的整个表面上。如在图7中所示，这些突出2a使相互叠加的复合树脂薄膜20的不同卷之间留有间隙。因此，通过这些间隙，如在图1中所示，工作气体沿着气缸轴线如箭头A所示从高温端1H流到低温端1C，或者相反。
在树脂薄膜22一侧表面上，以薄膜形式形成有比树脂薄膜22较高导热性的树脂层3。将两层树脂薄膜21和22放在一起，从而使在其上形成树脂层3的树脂薄膜22的表面保持与没有形成突出2a的树脂薄膜21的表面的紧密接触。以这种方式，生产出将树脂层3层压在它内部的复合树脂薄膜20。
在这个实施例中，树脂层3不暴露在外面，因此它永远不会脱落。这极大地提高了耐用性。在这种情况下，层压的树脂层3可以成形为条状沿着气缸轴线按预定的间隙布置如在图3中所示，或者可以这样成形以便离再生器1的每个边缘占据预定的宽度如在图4中所示，或者可以成形成条状沿着气缸轴线按预定的间隙布置以便离再生器1的每个边缘占据预定的宽度如在图5中所示。
在上述的所有实施例中，描述的树脂层或各层3是作为墨水印刷的。但是，它们也可用任何其他的方法形成，例如喷涂、蒸汽蒸镀、电镀、或加上薄膜带。
将上述结构的再生器1放置到环形空间中以便构成一种系统，在该系统中使气体以往复方式流过那个空间，就有可能实现通用的流动气体热再生系统如自由-活塞-型斯特林-循环致冷机所示范的那样。
工业上的可应用性
如上所述，按照本发明，在由条状树脂薄膜卷成圆筒形构成的再生器中，在树脂薄膜的表面上，形成比树脂薄膜有较高导热性的一层，或者另一种是，形成树脂涂层以便离再生器的边缘占据预定的宽度。这就增加了再生器中的热传导和稳定了它的性能。在有这种再生器设置在环形空间中的流动气体热再生系统中，当热的工作气体通过它的一端流入再生器时，工作气体的热量被储存在树脂薄膜中。这里，在树脂薄膜上形成的有高导热性的该层或树脂涂层提高在再生器中的热传导。所以，更多的热量被储存在树脂薄膜中。当冷的工作流体通过它的另一端流入再生器时，储存在树脂薄膜中的热量被排放给工作气体。这里，在树脂薄膜上形成的有高导热性的该层或树脂涂层提高在再生器中的热传导和增加它的热容量。所以，更多的热量被排放给工作气体。以这种方式，有可能获得高的热能回收效率。
特别是，当将本发明的再生器应用在自由-活塞-型斯特林-循环致冷机中时，有可能获得优良的致冷性能。