烧结金刚石热交换器设备制造技术

本发明专利技术提供了一种由烧结金刚石构建的热交换介质。该介质可形成为各种希望的形状，例如，管，筛，网，颗粒，或类似形状。烧结金刚石形成热交换器或再生器的传热介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及传热材料的改进。更具体地，本专利技术涉及用于热交换器和再生器的烧结金刚石材料的使用。
技术介绍
热交换器用于许多应用中，包括供热单元，冷却单元，引擎，和许多其它应用。例如，热交换器用于斯特灵引擎中，例如在美国专利No. 7，076，941(仅作为示例)中所述。这样的斯特灵引擎还使用具有专用热交换器的再生器。典型地，这样的引擎在其热交换器和再生器中使用传热材料，例如铝，铜，黄铜，或不锈钢。虽然这些热交换器适于一些应用，但需要具有更高导热率的改进的热交换器。更高的导热率导致更有效的传热和减小的能量损失。此外，导热材料需要具有高的热扩散率以有效传导热能。仍然需要改进的热交换器和再生器，其比过去的热交换器和再生器具有更高的导热率。
技术实现思路
本专利技术涉及使用由烧结的天然或合成金刚石粉末或颗粒而构建的热交换材料。合成金刚石的制造历史已有超过半个世纪。在一种制造过程中，天然金刚石银在58000大气压下在1500摄氏度下被安置在室中。天然金刚石的银在石墨和催化剂的熔融溶液中浴处理。碳沉积在金刚石银上。利用这种过程，仅在几天中就可生长出三克拉金刚石。通过这种和其它方法，每年制造出超过100吨合成金刚石。这些合成金刚石用于各种工业和商业应用中。例如，合成金刚石用于钻头、切割刀刃和磨轮中。金刚石颗粒，例如，天然或合成金刚石微尘，是一些这种应用中的副产品，可获得各种不同尺寸的金刚石微尘。这些微尘可为利用天然或合成金刚石的过程的副产品。烧结金刚石微尘可通过各种尺寸的颗粒制成，从极细的粉末至更粗的颗粒。例如，金刚石微尘可来自商业可得的源，其颗粒尺寸在0.025微米至100微米的范围。例如，在这些尺寸范围内的金刚石微尘可购自新泽西州的Advanced Abrasives Corporation of Pennsauken。金刚石微尘的费用通常取决于金刚石尘粒的尺寸，粉末越细，则其越便宜。因此，细粉末可用于形成许多所希望的形状和构造。金刚石是任意材料中导热系数最高的材料之一。烧结金刚石具有接近8瓦/厘米。C的导热系数，使其成为理想的换热介质。使用不规则形状的颗粒使得所形成或完成的烧结金刚石换热材料的表面积增大。烧结金刚石的过程涉及将细粉末或颗粒安置在模具中。然后，模具被安置在超高温压具中，并在几百磅/平方英寸范围内的压力下被加热到在2000华氏度范围内的温度。在此温度和压力下，金刚石粉末熔合到一起。在本专利技术的范围内，在烧结之后，将金刚石粉末与其它材料(例如碳化硼、碳化硅或其它材料)混合。在此使用的烧结金刚石可以是指纯烧结金刚石，或者是指还包括与金刚石粉末混合的其它材料的烧结金刚石。金刚石可为天然的或合成的。烧结金刚石材料可形成为多种所希望的形状，包括管，网，筛，盘，颗粒，或其它可能的形状。在必要时，可在完成的烧结金刚石换热材料中形成通路，以允许流体流动穿过。 例如，如果烧结金刚石形成为盘，则流体通路可直接形成在盘中。烧结金刚石可形成为各种形状，这取决于所需应用。例如，烧结金刚石可适用于再生器或斯特灵引擎。再生器是在斯特灵引擎的特定循环过程中的临时热量储存器。被加热的流体沿一个方向流动穿过，热量传到再生器材料。相对较冷的流体沿另一方向流动穿过再生器，并将当被加热流体流动穿过时所留下的热能吸收。在本专利技术一个示例性实施例中，金刚石材料可形成为类似于筛材料的圆盘。本领域技术人员应理解，盘不需要为圆形，而是可采取多种不同形状。材料可被制成为类似于线筛换热材料的薄盘。在这种情况下，筛状盘将通过薄隔离层(具有用于流体流动的孔)分离， 隔离层将防止热量从再生器一端传导到另一端。在一个示例性实施例中，盘的厚度将在1/8 英寸的量级上。在另一实施例中，烧结金刚石材料可被形成为烧结金刚石材料的小的不规则件。 这些不规则件可填装在各隔离盘之间的空间中，流体流将在这些件之间和周围。当用于热交换器时，金刚石颗粒可形成为具有穿过其中的两个流动通路的形状。 在热交换器中使用两组通路是公知的。当流体流动穿过一组通路时，热量传到换热材料。然后，热量传到流动穿过另一组通路的流体。这两组通路相互隔离，使得两种流体流不会相互混合O在一个示例性实施例中，一种再生器包括壳体。所述壳体包括多个烧结金刚石元件，所述多个烧结金刚石元件具有穿过其中的流体通路。多个隔离元件分隔在各所述烧结金刚石元件之间，也具有穿过其中的流体通路。所述隔离元件的流体通路与所述烧结金刚石元件的流体通路流体连通。所述烧结金刚石元件可包括不规则形状的金刚石尘粒，其烧结在一起而使得所述烧结金刚石元件是多孔的。可替代地或另外地，所述烧结金刚石元件可包括多个盘，其相邻安置在各所述隔离元件之间。所述烧结金刚石元件可由例如在 0. 001至500微米之间的金刚石颗粒制成。在一个示例性实施例中，所述烧结金刚石元件通过以下方式制成将金刚石颗粒安置在模具中，使所述颗粒承受如在现有金刚石烧结技术中已知的高温和高压。在一些示例性实施例中，每个所述烧结金刚石元件和每个所述隔离元件具有穿过其中(例如，穿过所述烧结金刚石元件和所述隔离元件的中心)的开口。隔离材料可安置在所述烧结金刚石元件和每个所述隔离元件的开口中的每一个内。在本专利技术的另一示例性实施例中，一种热交换器包括容纳多个烧结金刚石元件的壳体。所述多个烧结金刚石元件具有与其相关联的第一和第二流体通路，所述第一和第二流体通路相互独立。烧结金刚石元件可例如为通过烧结金刚石构建的筛。可替代地或另外地，烧结金刚石元件可被制成为烧结金刚石的盘，其具有穿过其中的通路。在另一实施例中，所述烧结金刚石元件包括多个烧结金刚石的管。一种流体通路穿过所述管，第二种流体通路处于所述多个管之间。在另一示例性实施例中，所述烧结金刚石元件包括多个第一管和多个第二管。所述多个第一管形成所述第一流体通路，所述多个第二管形成所述第二流体通路。附图说明本专利技术的实施例和应用通过所附的非限制性附图被例示。附图用于例示出本专利技术思路的目的，其可能未按比例绘制。图1是本专利技术一实施例的分解透视图； 图2是图1专利技术方案的另一分解透视图； 图3是本专利技术另一实施例的透视图4是图3专利技术方案的前视图； 图5是本专利技术另一实施例的透视图； 图6是本专利技术另一实施例的端视图； 图7是图6专利技术方案的前视图； 图8是本专利技术另一实施例的剖视图； 图9是本专利技术另一实施例的剖视图； 图10是本专利技术另一实施例的剖视图； 图11是图10专利技术方案的端视图； 图12是本专利技术另一实施例的端视图； 图13是图12专利技术方案的剖视图； 图14是本专利技术另一实施例的端视图； 图15是图14专利技术方案的剖视图； 图16是烧结金刚石模制设备的简化示意图； 图17是烧结金刚石顶模具的简化示意图； 图18是烧结金刚石底模具的简化示意图； 图19是另一烧结金刚石顶模具的简化示意图； 图20是另一烧结金刚石底模具的简化示意图21是烧结金刚石顶模具和底模具的侧剖视图的简化示意图，其中顶模具和底模具被示为相互分离；图22是烧结金刚石顶模具和底模具的侧剖视图的简化示意图，其中所示顶模具和底模具合在一起；图23是进行模制后烧结金刚石管的侧剖视图的简化示意图；和图M是模制烧结金刚石的过程的简化示意图。具体实施例方式为了使本领域技术人员更全面地理解本专利技术，以下描述将呈现出具体细节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种用于在往复流体流与蓄热介质之间交换热能的再生器，包括：壳体；蓄热介质，其包括处于所述壳体内的多个烧结金刚石元件，所述多个烧结金刚石元件具有贯穿其中的流体通路；多个隔离元件，其处于所述壳体内并且分隔在各所述烧结金刚石元件之间，所述隔离元件具有穿过其中的流体通路，所述隔离元件的流体通路与所述烧结金刚石元件的流体通路流体连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GP霍夫曼，
申请(专利权)人：更新热力学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US