Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines

Details Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines

F - Mech Eng,Light,Heat,Weapons

25

B

F25B 23/00 (2006.01) F02G 1/043 (2006.01) F25B 9/14 (2006.01) F25B 27/00 (2006.01) H01L 23/44 (2006.01) H01L 23/473 (2006.01) H01L 39/02 (2006.01) H05K 1/02 (2006.01) H05K 7/20 (2006.01)

Patent

CA 2234271

A microminiature Stirling cycle engine or cooler is formed utilizing semiconductor, planar processing techniques. Such a Stirling cycle thermomechanical transducer has silicon end plates (14, 22) and an intermediate regenerator (50). The end plates (14, 22) are formed with diaphragms (34, 44) and backspaces (32, 42), one end plate (14) forming the expansion end and the opposite end plate (22) forming the compression end, with the regenerator (50) bonded in between. A control circuit apparatus is linked to the diaphragms (34, 44) for controlling the amplitude, phase and frequency of the deflections. The control circuit apparatus is adapted to operate the transducer above 500 Hz and the passages and the workspace, including those within the regenerator (50), expansion space (30) and compression space (40), are sufficiently narrow to provide a characteristic Wolmersley number, which is characteristic of the irreversibilites generated by the oscillating flow of the working fluid in the workspace, below substantially 5 at the operating frequency above 500 Hz. Additionally, the amplitude of the vibrations of the diaphragms (34, 44) vibrations are sufficiently small to provide the working fluid a maximum Mach number below substantially 0.1 at an operating frequency above 500 Hz.

Un moteur ou un refroidisseur Stirling, microminiaturisé, est réalisé au moyen de techniques de traitement planaires de semi-conducteurs. Un tel transducteur thermomécanique Stirling a des plaques terminales (14, 22) en silicium et un régénérateur intermédiaire (50). Les plaques terminales (14, 22) sont formées avec des diaphragmes (34, 44) et des espaces arrière (32, 34). Une plaque terminale (14) forme l'extrémité d'expansion et la plaque terminale opposée (22) forme l'extrémité de compression, le générateur (50) étant fixé entre les deux. Un appareil à circuit de commande est lié aux diaphragmes (34, 44) pour la commande de l'amplitude, de la phase et de la fréquence des déviations. L'appareil à circuit de commande est conçu pour faire fonctionner le transducteur au-dessus de 500 Hz. Les passages et l'espace de travail, en particulier ceux dans le régénérateur (50), l'espace d'expansion (30) et l'espace de compression (40) sont suffisamment étroits pour fournir un nombre de Wolmersley, caractéristique des irréversibilités générées par le flux oscillant du fluide de travail dans l'espace de travail, sensiblement inférieur à 5, pour une fréquence de fonctionnement au-dessus de 500 Hz. En plus, l'amplitude des vibrations des diaphragmes (34, 44) est suffisamment petite pour conférer au fluide de travail un nombre de Mach maximum sensiblement inférieur à 0,1, à une fréquence de fonctionnement au-dessus de 500 Hz.

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