(57)【要約】  ハウジング（１２０）の壁部（１２２）を越えて熱を伝達するための熱交換アッセンブリ（２００）を開示する。このアッセンブリは、ハウジング（１２０）の外部に配置されて壁部（１２２）の外面と接触する内面を有する外側リング（２１０）を有する外側熱交換器と、ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体（２４０）と、内側支持体（２４０）の外面をハウジングの壁部（１２２）の内面に接続する複数の内側熱フィン（２３０）とを有する。
2009537787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングを有する外側熱交換器と、
前記ハウジングの内側に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む複数の内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。
【請求項２】
前記内側熱フィンが、前記内側支持体と一体化されている、請求項１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項３】
前記外側リングが、前記ハウジング上に焼き嵌めされ、また、前記内側支持体および内側熱フィンが、前記ハウジング内に焼き嵌めされている、請求項２に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項４】
前記外側リング、内側支持体および内側熱フィンが、前記壁部より高い熱膨張係数を有する材料で作られている、請求項３に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項５】
前記外側リング、内側支持体および内側熱フィンが、アルミニウムで作られている、請求項４に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項６】
前記外側熱交換器が、前記外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンをさらに有する、請求項１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項７】
前記外側熱フィンが、前記外側リングに対して溶接される、半田付けされるまたは熱伝導性接着剤により接合される、請求項６に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項８】
前記内側支持体が、内面をさらに有する、請求項１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項９】
前記内側支持体の内面が、スライド部材が、前記内側支持体の内面にわたり可動に配置されつつ、ガス軸受またはシール部分またはその両方を形成するように構成されている、請求項８に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項１０】
固体の環状リング部分をさらに有し、前記環状リング部分が、前記内側支持体または内側フィンに接続されるとともに、前記環状リング部分がハウジング内に組み込まれる場合に、前記ハウジングの壁部の内面と接触するように構成された外面を有する、請求項８に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項１１】
前記環状リング部分が、前記内側支持体または内側熱フィンまたは両方と一体化されている、請求項１０に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項１２】
前記環状リング部分の外面上に、シーリング部材をさらに有する、請求項１１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項１３】
室内容積（ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｖｏｌｕｍｅ）を規定して前記室内容積内に作業ガスを密閉するように適合された壁部を有するハウジングであって、前記室内容積が、前記作業ガスが間欠的な圧縮および膨張を受ける圧縮領域を有するハウジングと、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングを有する外側熱交換器と、
前記外側リングに接続される複数の外側熱フィンと、
前記ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む内側熱フィンとを有するスターリングサイクルマシンの構成要素。
【請求項１４】
前記内側熱フィンが、前記内側支持体と一体化されている、請求項１３に記載の構成要素。
【請求項１５】
前記外側リングが前記ハウジング上に焼き嵌めされるとともに、前記内側支持体および内側熱フィンが前記ハウジング内に焼き嵌めされる、請求項１４に記載の構成要素。
【請求項１６】
前記外側リング、内側支持体または内側熱フィンが、前記壁部より高い熱膨張係数を有する材料で作られる、請求項１５に記載の構成要素。
【請求項１７】
前記外側リングと前記ハウジングとの間に、シーリング材をさらに有する、請求項１５に記載の構成要素。
【請求項１８】
前記外側リング、内側支持体または内側熱フィンがアルミニウムで作られ、また、前記ハウジング壁部が、少なくとも前記外側リングおよび複数の内側熱フィンと接触する部分において、ステンレス鋼で作られる、請求項１６に記載の構成要素。
【請求項１９】
前記内側支持体が、内面を有する、請求項１３に記載の構成要素。
【請求項２０】
前記内側支持体の内面が、スライド部材が前記内側支持体の内面を通じて可動に配置されつつ、ガス軸受またはシール部分または両方を形成するように構成される、請求項１９に記載の構成要素。
【請求項２１】
ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの外部に配置されて前記壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、
前記外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンと、
前記壁部の内面から内方へ延びる複数の内側熱フィンであって、前記外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。
【請求項２２】
前記内側熱フィンが、前記壁部の内面に対して、ろう接される、半田付けされるまたは熱伝導接着剤で接合される、請求項２１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項２３】
前記内側熱フィンが、前記ハウジングに焼き嵌めされる、請求項２１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項２４】
前記外側熱フィンが前記外側リングに焼き嵌めされる、請求項２１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項２５】
固体の環状リング部分をさらに有し、前記環状リング部分が、前記内側フィンに接続され、前記環状リング部分が前記ハウジング内に組み込まれた場合に、前記ハウジングの壁部の内面と接触するように構成された外面を有する、請求項２１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項２６】
前記環状リング部分が、前記内側熱フィンと一体化されている、請求項２５に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項２７】
ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリを作る方法であって、
前記ハウジングの外部の外側リングを有する外側熱交換器を、前記外側リングの内面が前記壁部の外面と接触するように配置するステップと、
前記外側リング上に複数の外側熱フィンを配置するステップと、
前記ハウジングの内部に内側支持体を配置するステップと、
内側熱フィンの少なくとも一部および前記外側リングの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込むように、複数の内側熱フィンを用いて、前記壁部の内面と前記内側支持体の外面とを接続するステップとを有する方法。
【請求項２８】
前記内側支持体および前記複数の内側熱フィンを、同じ部品材料から構成するステップをさらに有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
構成するステップが、前記部品から材料を除去することにより、前記内側支持体および内側熱フィンを有する一体本体を形成するステップを有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
除去するステップが、機械加工を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記内側支持体を通じて開口を形成するステップをさらに有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記外側リングを配置するステップが、前記ハウジング上に前記外側リングを焼き嵌めするステップを有するとともに、前記内側熱フィンを用いて前記壁部の内面および前記内側支持体の外面を接続するステップが、前記ハウジング壁部の内側で、前記ハウジング壁部に対して前記内側熱フィンおよび前記内側支持体を焼き嵌めするステップを有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記ハウジング上に前記外側リングを焼き嵌めするステップが、前記ハウジングよりも高い温度を前記外側リングに受けさせるステップと、前記ハウジングよりも低い温度を前記内側熱フィンおよび内側支持体に受けさせるステップとを有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
複数の外側熱フィンを前記外側リングに焼き嵌めするステップをさらに有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記外側リングと前記ハウジング壁部との間にシーリング材を加えるステップをさらに有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記外側熱交換器が、前記外側リングに熱的接触し、前記外側リングからまたは前記外側リングへ熱を伝達するように構成された熱伝達構造体をさらに有する、請求項１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項３７】
前記熱伝達構造体が、熱伝達流体を運ぶように構成された管類または溝部を有する、請求項３６に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項３８】
前記外側リングが、前記外側リングに熱伝達構造体を取り付けるように構成された取付構造体を有する、請求項１に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項３９】
ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリであって、
前記ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、
前記内側支持体の前記外面を前記ハウジングの前記壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンとを有する熱交換器アッセンブリ。
【請求項４０】
前記ハウジング壁部の外面と熱的接触する外側熱伝達構造体をさらに有し、前記外側熱伝達構造体の少なくとも一部、および、前記内側熱フィンの少なくとも一部が、前記ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む、請求項３９に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項４１】
前記熱伝達構造体が、熱伝達流体を運ぶように構成された管類または溝部を有する、請求項４０に記載の熱交換器アッセンブリ。
【請求項４２】
前記ハウジング壁部に熱伝達構造体を取り付けるように構成された取付構造体をさらに有する、請求項３９に記載の熱交換器アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国を除く全ての国の指定については、出願人米国内企業スーパーコンダクターテクノロジー社（ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ  ＩＮＣ．）の名で、また、米国のみの指定については、出願人ドイツ国民のアンドレアス・フィードラー（Ａｎｄｒｅａｓ  Ｆｉｅｄｌｅｒ）の名で、ＰＣＴ国際特許出願として２００７年５月１７日に出願され、２００６年５月１９日出願の特許文献１および２００７年５月１７日出願の特許文献２の優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、熱交換器に関する。より詳しくは、本発明は、ハウジング壁部の一部を通じてハウジングの内外の間で熱を伝達するための熱交換器アッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
熱交換器は、典型的には、２つの媒体間で、媒体間での混合なしに、熱を伝導するために用いられる。熱交換器が用いられ得る典型的な環境では、第１の媒体が、壁部により第２の媒体から隔離される。熱交換器は、少なくとも壁部の一方側に取り付けられ、周囲の媒体との所望の熱交換量（ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒａｔｅ）を達成するために十分に大きい表面領域を提供する熱フィンなどの構造体を有する。
【０００４】
一例として、スターリング極低温冷凍機（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）またはスターリングエンジンなどのスターリングサイクルマシンでは、密閉されたハウジングが、その一部が周期的に圧縮膨張させられる作業ガス（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｇａｓ）を収容する。圧縮および他のソースにより生ぜられた熱は、ハウジングの外部に伝達され、発散されるものである。熱交換器の有効性は、カルノー効率に対するスターリングサイクルマシンの効率に著しい影響をもつ。スターリングサイクルマシンに関しては、熱交換器の種々の設計が存在する。例えば、無線電話ネットワーク用のベースステーションに用いられる超電導体フィルタ回路を冷やすためのいくつかの極低温冷凍機において、作業ガスから熱を発散させるための熱交換器アッセンブリは、外部熱交換器を有する。外部熱交換器は、極低温冷凍機のハウジングの円柱状の一部分のまわりで円周方向に分布され、その一部分から径方向に突出する熱フィンを有する。熱フィンは、銅板などの１つまたは複数の熱導体のひだ付きのシートから作られ、溶接、ろう接または接着材の使用によりハウジングに取り付けられる。典型的には、内部熱交換器は、作業ガスからハウジングへ熱を伝達するためにも用いられる。
【０００５】
かかる用途のための極低温冷凍機ハウジングは、典型的には、銅およびアルミニウムに比べて不良熱導体であるステンレス鋼を用いて構成される。そのため、ハウジング壁部は通常、壁部内で半径方向の温度勾配を最小化するために薄く（典型的には１ｍｍより小さい壁厚）、その結果、熱交換器の領域における最大の熱伝導および最良の熱除去が可能とされる。しかし、ハウジング壁部の小さくされた厚さは、周方向における比較的高い熱抵抗または不良の熱伝導性をもたらす。円周の熱伝導に対する高抵抗は、熱交換器が正常に機能するには、熱が熱放射構造体のベース部へ周方向に適切に伝導される必要があるため、望ましくない。
【０００６】
特許文献３は、ハウジング壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器を開示する。熱交換器は、ハウジングの一部の外面に対して着座させられ、径方向外方に突出する外部熱フィンを支持する外側リングを有する。熱交換器は、ハウジング壁の一部の内面に対して着座させられ、径方向内方に突出する内側熱フィンを支持する内側リングをさらに有する。開示された熱交換器は、熱伝達および構造上の特徴において、先行技術より優れたいくつかの利点を有する。しかし、いくつかの用途においては、機械加工された熱フィンなどの剛体の内側熱フィンを有することが望ましい。特許文献３に開示されるような内方に突出する構成において、かかる熱フィンを作ることは非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８０２１７４号
【特許文献２】米国実用新案出願第１１／７４９７８２号
【特許文献３】米国特許第６４４６３３６号
【特許文献４】米国特許出願第１０／７２９７１９号（米国特許第７１３７２５９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さらに、いくつかの用途においては、スターリングサイクルマシンのハウジングおよび／または圧縮器ボア（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｂｏｒｅ）などの他の構成ときわめて同心であるように、内側熱フィンの先端部により規定される内部通路を有することが望ましい。例えば、スターリングサイクルマシンにおける内部熱交換器とディスプレーサ（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ）との間、および、ディスプレーサと同軸である圧縮器ボアと圧縮ピストンとの間など、所望の固定した構成要素と動作する構成要素との間における精密許容差を達成するには、しばしば、正確な位置合わせが必要とされる。特許文献３に開示される構成の場合には、位置合わせにおいて所望の精度を達成することが難しい。
【０００９】
これらのおよび他の理由から、改良された熱交換器アッセンブリの必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本出願は、改良された熱交換器アッセンブリを開示する。本発明の一実施形態では、銅やアルミニウムなどの熱導体で作られる外側リングが、外側熱フィンとハウジング壁部の外面との間に配置され、それにより、ハウジング壁部から外側熱フィンまでの改良された熱分布がもたらされる。銅やアルミニウムなどの熱導体で作られた内側支持体が、ハウジング壁部の内側に配置され、ハウジング壁部の内面に隣接する内側熱フィンを支持する。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。内側支持体は、焼き嵌めを含む様々な方法により、内側熱フィンがハウジング壁部と直接接触することを可能とする構造上の支持（ｂａｃｋｉｎｇ）をもたらす。内側熱フィンは、プレス嵌め、焼き嵌め、またはその他の方法でハウジング壁部に接合されることが可能であり、外側リングは、プレス嵌め、焼き嵌め、またはその他の方法でハウジング壁部に接合されることが可能である。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、スターリングサイクルマシンの構成要素が、室内ガス容積を規定して、室内ガス容積内に作業ガスを密閉するように適合された壁部を有するハウジングであって、室内作業ガス容積が、作業ガスが間欠的な圧縮および膨張を受ける圧縮領域を有するハウジングと、そのハウジングの外部に配置されて壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、その外側リングから突出する複数の外側熱フィンと、ハウジングの内部に配置されて外面を有する内側支持体と、内側支持体の外面をハウジングの壁部の内面に接続する複数の内側熱フィンとを有している。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、熱交換器アッセンブリが、ハウジングの外部に配置されて壁部の外面と接触する内面を有する外側リングと、その外側リングから外方に突出する複数の外側熱フィンと、壁部の内面から内方に突出する複数の内側熱フィンとを有する。外側リングの少なくとも一部および内側熱フィンの少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。内側熱フィンは、ろう接および半田付けを含む方法によりハウジング壁部の内面に取り付けられ得る。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、ハウジングの壁部を越えて熱を伝達するための熱交換器アッセンブリを作る方法が、外側リングの内面が壁部の外面に接触するように、ハウジングの外部に外側リングを配置するステップと、外側リング上に複数の外側熱フィンを配置するステップと、ハウジングの内部に内側支持体を配置するステップと、内側フィンの少なくとも一部および外側リングの少なくとも一部が、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込むように、複数の内側熱フィンを用いて、壁部の内面と内側支持体の外面とを接続するステップとを有している。内側熱フィンは、ハウジング壁部に焼き嵌めされることが可能であり、また、外側リングは、ハウジング壁部に焼き嵌めされることが可能である。
【００１４】
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読むことで、また、図面を参照することで明らかになるであろう。
【００１５】
本発明は、様々な変更および代替的な形式をとることができる一方、その特定の実施形態が、図面における例によって示され、詳細にここに記述される。しかし、特定の実施形態のここでの記述は、本発明を、開示された特定の形式に限定することを意図するものでなく、それどころか、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲内に含まれる全ての変更、均等物および代替物をカバーすることを意図するものであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態におけるスターリング極低温冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるスターリング極低温冷凍機の熱交換器アッセンブリの断面説明図である。
【図３】本発明の別の実施形態における外側熱フィンの一部を示す図である。
【図４】本発明の代替的な実施形態における外側熱フィンの一部を示す図である。
【図５】本発明の代替的な実施形態における内側熱交換器の斜視図である。
【図６】図５に示される内側熱交換器の断面説明図である。
【図７ａ】ハウジング壁部の一部を挟み込む外側リングと内側熱フィンを示す、本発明の一実施形態におけるスターリング極低温冷凍機の一部の概略的な断面説明図である。
【図７ｂ】ハウジング壁部の一部を挟み込む外側リングの一部と内側熱フィンの一部を示す、本発明の一実施形態におけるスターリング極低温冷凍機の一部の概略的な断面説明図である。
【図８】本発明のさらに代替的な実施形態の概略的な断面説明図である。
【図９】本発明の別の代替的な実施形態の概略的な断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
様々な実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明されるであろう。ここでは、同様の参照符号が、いくつかの図を通じて、同様の部品およびアッセンブリを表す。様々な実施形態の参照は、本明細書に添付された請求の範囲を限定するものでない。加えて、この明細書に記述されるいかなる例も、限定事項でなく、添付の請求の範囲に関する多くの可能な実施形態のいくつかを単に記述するものとされる。具体的には、ここに図示された実施形態は、スターリング極低温冷凍機などのスターリングサイクルマシンの状況において説明されるが、スターリングサイクルマシンに限定されない他の実施形態が可能である。
【００１８】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態において、熱交換器アッセンブリが、極低温冷凍機１００として構成されたスターリングサイクルマシンに採用される。極低温冷凍機１００は、長手方向軸１５０に沿って配置される様々な直径の部分を備えた、密閉された円柱状のハウジング１２０を有する。ハウジング１２０内のガススペースは、全体として、シールにより作業スペース１２４およびバウンススペース（ｂｏｕｎｃｅ  ｓｐａｃｅ）１２６に分割される。ハウジング１２０は、一端部で、ディスプレーサアッセンブリ（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１４を収容する低温フィンガー（ｃｏｌｄ  ｆｉｎｇｅｒ）１１０を有する。低温フィンガー１１０は、また、ハウジング１２０の外部から作業スペース１２４に閉じ込められた作業ガスへ熱を伝達する役目をする低温熱交換器（ｃｏｌｄ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）、または、熱受容体ユニット（ｈｅａｔ  ａｃｃｅｐｔｏｒ  ｕｎｉｔ）１１２を有する。極低温冷凍機ハウジング１２０は、また、圧縮領域１６０における作業ガスの一部を圧縮したり膨張させたりするために、その室内容積（ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｖｏｌｕｍｅ）において、リニアモータ１７０およびそのモータにより駆動されるピストン１８０を閉じ込める。極低温冷凍機１００は、真空チャンバにて熱受容体ユニット１１２を配置するためにも用いられる真空フランジ１３０をさらに有する。加えて、暖熱交換器アッセンブリ２００（ｗａｒｍ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）が、作業ガスからハウジング１２０の外部へ熱を発散させるために、圧縮領域１６０と熱的接触するように配置される。
【００１９】
スターリング極低温冷凍機の全体的な構造および働きを含む、スターリングサイクルマシンの全体的な構造および働きは、当該技術においてよく知られている。例えば、ステンレス鋼の単一部品から引き出された異なる直径を有するハウジング部分を備えたスターリング極低温冷凍機が、特許文献４において開示される。前述した米国特許第７１３７２５９号は、引用することにより本明細書に組み込まれる。
【００２０】
図２を参照すれば、この例示的な実施形態における暖熱交換器アッセンブリ２００が、ハウジング１２０のハウジング壁部１２２の外側における外側熱フィン２２０と、ハウジング壁部１２２の外面に対して着座させられ、外側熱フィン２２０を支持する外側リング２１０と、を有する。アッセンブリは、ハウジング１２０のハウジング壁部１２２の内側における内側熱フィン２３０をさらに有する。アッセンブリ２００は、内側熱フィン２３０の内側に配置され、内側熱フィン２３０に接触する内側支持部材２４０をさらに有する。外側リング２１０の少なくとも一部、および、内側熱フィン２３０の少なくとも一部は、ハウジング壁部の少なくとも一部を挟み込む。つまり、外側リング２１０の少なくとも一部、および、内側熱フィン２３０の少なくとも一部は、長手方向軸１５０に沿った同じ軸方向の位置領域（図７ａおよび７ｂに示される例におけるｌ）を占有する。
【００２１】
本発明の例示的な実施形態では、内側支持部材２４０が、内側熱フィン２３０と一体化される。つまり、内側支持部材２４０および内側熱フィン２３０の両方が、単一の始めの部品（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｐｉｅｃｅ）から作り出される。例えば、フィンは、機械加工、水切断、レーザ切断、化学エッチングおよび他の適切な技術により、始めの部品から材料を取り除くことにより内側支持部材２４０上に形成され得る。内側熱フィン２３０および内側支持部材２４０の一体化構造は、また、金型鋳造、粉末冶金および金属部品を作るためのいかなる他の適切な技術によっても形成され得る。代替的には、内側熱フィンが、内側支持部材２４０から別個に加工され、溶接、ろう接および半田付けを含むいかなる適切な技術によっても、内側支持部材２４０に取り付けられ得る。
【００２２】
内側熱フィン２３０は、プレス嵌め、焼き嵌め、および、伝導性のある接着剤での接合を含む種々の適切な方法によりハウジング壁部１２２に取り付けられ得る。この例示的な実施形態では、内側熱フィン２３０が、焼き嵌めによりハウジング壁部１２２に取り付けられる。焼き嵌め工程に耐えるために必要な剛性が、内側熱フィン２３０および内側支持部材２４０の組合せ構造によりもたらされる。この場合における内側支持部材２４０および内側熱フィン２３０は、ステンレス鋼で作られるハウジング壁部１２２よりも高い熱膨張係数を有するアルミニウムで作られる。他の適切な材料の組合せがまた用いられ得る。例えば、銅、その合金またはより高い熱伝導性を有する他の材料が用いられ得る。銅など、焼き嵌めが適切でないように、内側フィンの熱膨張係数がハウジング壁部のそれに同等である場合には、プレス嵌めおよび接合等の他の方法が、ハウジング壁部１２２に内側熱フィン２３０を取り付けるために用いられ得る。焼き嵌めによりハウジング壁部１２２に内側熱フィン２３０を取り付ける際には、熱フィン２３０および内側支持体２４０のアッセンブリが、ハウジング壁部１２２の内側に配置される前に、ハウジング壁部１２２よりも低い温度を有する例えば液体ニトロゲンなどの媒体中に配置される。温められるに際し、熱フィン２３０および内側支持体２４０のアッセンブリは、ハウジング壁部１２２に対して焼き嵌めされることになる。代替的には、ハウジング壁部１２２が、内側熱フィン２３０にわたりスライドさせられる前に加熱され、その後に冷却することが可能とされる。焼き嵌めは、内側熱フィン２３０が、接合された構成要素に不均一な変形をもたらす傾向をもつ溶接、ろう接および半田付けなどの他の接合技術の必要なしに、ハウジング壁部１２２に取り付けられることを可能とする。
【００２３】
ディスプレーサを有するスターリングサイクルマシン等のいくつかの用途に関して、内面２５０により規定される開口を通じて動作するスライド部材（例えばディスプレーサ）を収容するために、図２に示されるように、内面２５０が、内側支持体２４０にて形成され得る。さらに、例示的な実施形態における内面２５０は、ハウジング１２０、および／または、スターリングサイクルマシンの圧縮器ボア等の他の構成要素と同心になるように、また、スライド部材用のシールおよび／または軸受面として作用するのに十分に滑らかであるように磨かれまたは研がれる。例えば、スターリング極低温冷凍機に関する実施形態では、内面２５０が、ディスプレーサを収容するように寸法設定され、また、ディスプレーサシールを形成するために、また、ディスプレーサガス軸受を実現するために、必要な許容差および滑らかさを有する。ディスプレーサは、ディスプレーサ面と内側支持体２４０の内面２５０との間に、圧縮されたガスを排出するためのガスポートを有する。
【００２４】
図２を再び参照すれば、外側リング２１０が、ハウジング壁部１２２と外側熱フィン２２０との間に配置され、それらと接触する。本発明のこの例示的な実施形態では、外側リング２１０が、ハウジング壁部１２２を周方向に取り囲む円筒環状リング（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ａｎｎｕｌａｒ  ｒｉｎｇ）である。この例示的な実施形態における外側リング２１０は、ハウジング壁部１２２用の材料の熱伝導性より高い熱伝導性を有する材料で作られる。例えば、ハウジング壁部は、典型的には、ステンレス鋼で作られる。かかる場合には、より高い熱伝導性を有する銅、アルミニウムまたはそれら各々の合金または他の材料が、外側リング用に用いられ得る。
【００２５】
前述したように、周方向における低熱流抵抗が、熱交換器の適切な機能にとって重要であり、また、先行技術は、外側および内側リングの両方を用いることにより、この問題に対処する。この点に関して、本発明の例示的な実施形態は、先行技術に用いられる２つのリングと同じ機能性を達成すべく、単一の外側リング２１０を採用し、それにより、必要とされる構成要素が削減され、製造工程が簡単化される。
【００２６】
外側リング２１０は、種々の方法によりハウジング壁部１２２に取り付けられ得る。例えば、樹脂に埋め込まれた金属粒子を有する、熱伝導性接着剤などの良好な熱伝導特性を備えた接着剤が、ハウジング壁部１２２に外側リング２１０を接合するために用いられ得る。外側リング２１０は、また、ハウジングの内部に内側熱フィンを焼き嵌めする場合について前述されるのと同様の方法で、プレス嵌め、焼き嵌めまたはそれ以外の方法でハウジング壁部１２２に接続される。例えば、アルミニウム外側リング２１０が、ステンレス鋼ハウジング１２０の一部にわたり滑らされる前に加熱され、その後に、ハウジング１２０上に焼き嵌めすべく冷却され得る。本発明の他の実施形態では、外側リング２１０とハウジング壁部１２２との間におけるいかなるギャップをもシールするために、焼き嵌め前に、外側リング２１０とハウジング壁部１２２との間にシーリング材が適用される。このことは、外側リングが、ガス密閉チャンバ用のフランジ（例えばスターリング極低温冷凍機における真空フランジ）に接続されるまたはその一部として用いられる用途において、有用である。当該技術においてよく知られる様々なシーリング材が、特定の用途に見合うべく用いられ得る。
【００２７】
ハウジング壁部１２２から離れるように熱を伝導するのに加えて、外側リング２１０は、前述したように典型的には非常に薄いハウジング壁部１２２の構造上の一体性を向上させる役目もする。スターリング冷凍機の用途において、ハウジング１２０の内側は、典型的には、加圧される。そのため、スターリング冷凍機の用途において、外側からハウジング壁部１２２を補強することが、特に望ましく、また、典型的には、より効果的である。
【００２８】
外側熱フィン２２０は、溶接、ろう接および接着剤を用いた接合を含む種々の方法により、外側リング２１０に取り付けられ得る。外側熱フィン２２０を外側リング２１０に取り付ける代わりに、外側熱フィン２２０が、内側熱フィン２３０について前述されるのと同様の方法で、外側リング２１０と同じ材料の始めの部品から作られ得る。
【００２９】
前述される構造の代替物として、熱フィン２２０、２３０が、１つまたは複数の銅などの薄い金属のひだ付きシートから構成され得る。それらは、特定のデザインに見合うべく必要なように、種々の方法で形状付けられ得る。例えば、さらに図３を参照すれば、外側熱フィン２２０が、１つまたは複数の薄銅のひだ付きシートから構成されるフィン３２２を有するが、他の熱導体から、また、特定の用途に適した他の形式で構成されることが可能である。例えば、図４に示されるように、外側熱フィン４２０の熱フィン４２２は、個々の銅シートから構成されることが可能である。
【００３０】
本発明のさらなる例示的な実施形態では、図５および６に示されるように、内側熱交換器５００が、前述した例示的な実施形態における内側熱交換器と同様の内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０を有する。加えて、環状リング部分５９０が、内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０に接続される。この実施形態における環状リング部分５９０は、外側で、熱フィン５３０と径方向に同一の広がりをもち、また、内側にあるとともに内側熱フィン５３０間における溝部５３２に流体連通するチャンバ５９２を規定する。環状リング部分５９０およびハウジング壁部１２２は、内側熱交換器５００が、その内側熱交換器５００の長手方向軸５５０がハウジング１２０の長手方向軸１５０と位置合わせされつつハウジング１２０に組み込まれる場合に、作業スペースとバウンススペースとの間のシールを形成する。
【００３１】
この例では、熱交換器５００、環状リング部分５９０、内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０が、円筒ストックにおいて溝部５３２（すなわち内側熱フィン５３０間のスペース）を部分的にストックの長さにわたり切ることにより作られる一体部品である。環状リング部分５９０、内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０の一体でない構成もまた用いられ得る。
【００３２】
前述されたいくつかの他の実施形態におけるように、内側熱交換器５００が、プレス嵌め、焼き嵌めまたは他の接合方法により、内側フィン５３０および環状リング部分５９０の両方がハウジング壁部１２２と接触しつつ、ハウジング１２０に取り付けられ得る。環状リング部分５９０、内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０が一体部品である例において、熱交換器５００の全体が、概して、ハウジング１２０に取り付けられ得る。環状リング部分５９０、内側熱フィン５３０および内側支持部材５４０の一体でない構成が用いられる場合には、環状リング部分５９０および内側熱フィン５３０が、プレス嵌め、焼き嵌めまたは他の接合方法によりハウジング１２０に取り付けられ得る。内側支持部材５４０は、さらに、内側熱フィン５３０の内部にプレス嵌め、焼き嵌めまたは他の方法で接合され得る。さらに、外側リング２１０とともに、シーリング材が、環状リング部分５９０とハウジング壁部１２２との間で、それらの間のいかなるギャップをも排除して、ガス密閉シールをさらに保証するために適用されることが可能である。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、内側支持部材５４０が省略され、内側熱フィン５３０が環状リング部分５９０により完全に支持される。
【００３４】
本発明のさらなる代替的な実施形態が、図８に概略的に示される。この実施形態において、熱交換器アッセンブリ８００は、図２に示される熱交換器アッセンブリ（２００）と同様であるが、外側熱フィンをもたない。この例示的な実施形態における交換器アッセンブリ８００は、ハウジング壁部１２２の外面に対して着座させられる外側リング８１０を有する。アッセンブリ８００は、ハウジング壁部１２２の内側で内側熱フィン８３０をさらに有する。アッセンブリ８００は、内側熱フィン８３０の内側に配置され、その内側熱フィン８３０に接触する内側支持部材８４０をさらに有する。
【００３５】
任意に、図８に示される実施形態が、外側リング８１０へまたは外側リング８１０から熱を伝達するために、付加的な熱伝達構造、または、付加的な熱伝達構造を取り付けるための用意をさらに有することが可能である。図８においてラベル８５０の符号で示されるように、これらの構造および用意は、水等の熱伝達流体を運ぶために、外側リング８１０の表面に取り付けられる管類、または、外側リング８１０内に形成された溝部を有することが可能である。それらの構造および用意は、また、大きな熱質量を備えた大量の材料などの、ヒートシンクを有することも可能である。さらなる例は、熱伝達構造を取り付けるために、外側リング８１０において、凹部、突出部または他の構造を有する。
【００３６】
図９に概略的に示される本発明の別の例示的な実施形態では、熱交換器アッセンブリ９００が、ハウジング壁部１２２の内側にある内側熱フィン９３０と、内側に配置され内側熱フィン９３０と接触する内側支持部材９４０とを有する。いくつかの他の例示的な実施形態と異なり、この場合における熱交換器アッセンブリ９００は、リング形状の外側の熱交換器部分をもたない。代わりに、熱交換器アッセンブリ９００は、熱をハウジング壁部１２２へまたはハウジング壁部１２２から伝達するために、他の外側の熱伝達構造、または、外側の熱伝達構造を取り付けるための用意を有する。図９においてラベル９５０の符号で示されるように、これらの構造および用意は、ハウジング壁部１２２の外面に取り付けられる管類を有することが可能である。それらの構造および用意は、また、大きな熱質量を備えた大量の材料などの、ヒートシンクを有することも可能である。体積材料（ｖｏｌｕｍｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）は、水、他の流体またはガスなどの熱伝達流体を運ぶための溝部９５２をさらに有することが可能である。さらなる例は、熱伝達構造を取り付けるために、ハウジング壁部１２２において、凹部、突出部または他の構造を有する。
【００３７】
そのため、本発明の例示的な実施形態は、先行技術のデバイスおよび方法より優れたいくつかの利点を提供する。内側支持体から外方に突出する内側熱フィンの製造の容易さ、内側熱フィンをハウジングに接触させるための焼き嵌め工程との適合性、および、内面を通じて可動に配置されるスライド部材との、ガス軸受またはシールまたは両方を形成するための内側支持体の内面の正確な位置合わせとの適合性が利点のなかに含まれる。
【００３８】
前で参照された全ての特許および発行物は、引用することにより本明細書に組み込まれる。本発明が、当業者に明らかであり本明細書での教示の利点を有する異なるが同等の様式で変更され実施されてもよいように、前に開示された特定の実施形態は、単に例示的なものである。さらに、請求の範囲に記載される以外では、ここに示される構成またはデザインの詳細が、一切限定されるものでないとされる。それゆえ、前述された特定の実施形態が変更されてもまたは改良されてもよく、全てのかかる変化が本発明の範囲および精神内で考えられることが明らかである。したがって、ここで求められる保護は、請求の範囲に記述されるようなものである。
【符号の説明】
【００３９】
１００    極低温冷凍機
１１０    低温フィンガー
１１２    熱受容体ユニット
１１４    ディスプレーサアッセンブリ
１２０    ハウジング
１２２    ハウジング壁部
１２４    作業スペース
１２６    バウンススペース
１３０    真空フランジ
１５０    長手方向軸
１６０    圧縮領域
１７０    リニアモータ
１８０    ピストン
２００    暖熱交換器アッセンブリ
２１０    外側リング
２２０    外側熱フィン
２３０    内側熱フィン
２４０    内側支持部材
２５０    内面
３２２    フィン
４２０    外側熱フィン
４２２    熱フィン
５００    内側熱交換器
５３０    内側熱フィン
５３２    溝部
５４０    内側支持部材
５５０    長手方向軸
５９０    環状リング部分
５９２    チャンバ
８００    熱交換器アッセンブリ
８１０    外側リング
８３０    内側熱フィン
８４０    内側支持部材
８５０    ラベル
９００    熱交換器アッセンブリ
９３０    内側熱フィン
９４０    内側支持部材
９５０    ラベル
９５２    溝部
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【国際調査報告】
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