KR0179016B1

KR0179016B1 - Refrigerator using stirling cooler

Info

Publication number: KR0179016B1
Application number: KR1019910021305A
Authority: KR
Inventors: 류호선
Original assignee: 이헌조; 엘지전자주식회사
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR930010496A

Abstract

본 발명은 스터링쿨러를 이용한 냉장고에 관한 것으로서, 특히 냉기전달 및 방열구조를 개선하여 저소음, 고효율을 얻을 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a refrigerator using a sterling cooler, and in particular, to improve the cold air transfer and heat dissipation structure to obtain a low noise, high efficiency.

이를 위해, 본 발명은 냉장고 본체(1)의 상부에 형성된 공간부(23)와, 상기 공간부를 상,하부로 구획하는 격판(24)과, 상기 격판과 체결되는 스터링 쿨러(25)와, 상기 스터링 쿨러의 하방의 흡열기(25b)에 의해 열을 흡입하는 흡열부(23b)와, 상기 흡열부의 상방에 설치되어 열전달을 이루는 방열부(23a)로 구성한 것이다.To this end, the present invention is a space portion 23 formed in the upper portion of the refrigerator main body 1, a partition 24 for partitioning the space portion up and down, the Stirling cooler 25 is fastened to the partition and the It consists of the heat absorbing part 23b which inhales heat by the heat absorber 25b below the sterling cooler, and the heat radiating part 23a provided above the heat absorbing part to achieve heat transfer.

Description

Refrigerator with Sterling Cooler

제1도는 종래 스터링쿨러를 이용한 냉장고의 개략도.1 is a schematic diagram of a refrigerator using a conventional sterling cooler.

제2도는 종래의 스터링쿨러를 나타낸 개략도.2 is a schematic view showing a conventional sterling cooler.

제3도는 열파이프의 구성 및 열출입 개략도.3 is a schematic diagram of heat pipe configuration and heat entry / exit;

제4도는 본 발명을 개략적으로 나타낸 사시도.4 is a perspective view schematically showing the present invention.

제5도는 본 발명의 냉기 순환경로를 나타낸 사시도.5 is a perspective view showing a cold air circulation path of the present invention.

제6도의 (a)(b)는 그루우브 형상을 나타낸 요부 단면도.(A) and (b) of FIG. 6 are sectional views of a main part showing a groove shape.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

2 : 냉동실 3 : 냉장실2: freezer 3: cold storage room

7 : 스터링쿨러 23a : 방열부7: Sterling cooler 23a: heat dissipation unit

23b : 흡열부 28 : 그루우브23b: endothermic portion 28: groove

종래의 스터링쿨러를 이용한 냉장고는 제1도와 같은 형태로서, 식품을 보관하는 본체(1)와, 이 본체를 구획하고 있는 냉동실(2)과 냉동실(3), 스터링쿨러 흡열부(4)의 냉기를 냉장실 및 냉동실로 순환시키는 팬(5), 팬을 구동시키는 팬모우터(6), 스터링쿨러(7)와 스터링쿨러의 흡열과정에서 흡수된 열량을 방열하는 스터링쿨러 방열부(8) 및 외기로 방열하는 외기방열부(9)로 구성되어 있다.A refrigerator using a conventional sterling cooler has the same configuration as in FIG. 1, and the cold air of the main body 1 for storing food, the freezer compartment 2, the freezer compartment 3, and the sterling cooler heat absorbing portion 4 partitioning the main body is shown in FIG. A fan 5 for circulating the cooling chamber and the freezer compartment, a fan motor 6 for driving the fan, a sterling cooler 7 and a sterling cooler radiator 8 for radiating heat absorbed in the endothermic process of the sterling cooler and the outside air It consists of the external heat radiating part 9 which radiates heat.

이때 스터링쿨러(7)는 제2도와 같은 형태로서, 흡열기(10), 재생기(11), 방열기(12), 팽창실(13), 디스플레이서(14), 압축실(15), 피스턴(16), 스터링쿨러에 동력을 전달해 주는 리니어 모터(17), 완충실(18)로 구성되어 있으며, 이와같은 구조를 갖는 스터링쿨러를 프리 피스턴 형태라고 한다.In this case, the sterling cooler 7 has a shape similar to that of FIG. 2, and includes a heat absorber 10, a regenerator 11, a radiator 12, an expansion chamber 13, a displacer 14, a compression chamber 15, and a piston. 16) The linear motor 17 and the shock absorber chamber 18 which transmit power to a sterling cooler are comprised, The sterling cooler which has such a structure is called a pre piston type.

한편 상기 외기방열부(9)는 전열면적을 증가시키는 핀(9a), 방열량을 크게 하기 위한 방열부팬(19)으로 구성하기도 하며 또한 제3도에 나타낸 바와같이 열파이프(20)를 채택하여 사용하기도 하는데, 열파이프(20)는 작동유체를 담을 수 있는 위크(wick)(21)로 구성된다.On the other hand, the outside heat dissipation unit 9 may be composed of a fin (9a) to increase the heat transfer area, a heat dissipation fan (19) to increase the amount of heat dissipation, and also adopts a heat pipe 20 as shown in FIG. In addition, the heat pipe 20 is composed of a wick (21) that can hold the working fluid.

이와 같이 스터링쿨러를 이용한 종래의 냉장고는 스터링쿨러의 흡열부(4)와 리니어 모터(17)의 작동에 의해 온도가 낮아지고 팬(5)이 가동되면 냉기유동이 발생된다.As described above, in the conventional refrigerator using the Stirling Cooler, when the temperature is lowered by the operation of the heat absorbing unit 4 and the linear motor 17 of the Stirling Cooler and the fan 5 is operated, cold air flow is generated.

이때, 팬주위까지 이입되는 유동을 기본적으로 냉동실에 분배되고 냉장실(3)의 상태에 따라 냉장실 유로온도센서 및 조정부의 작동에 의해 냉장실(3)에도 냉기가 보급된다.At this time, the flow to the periphery of the fan is basically distributed to the freezer compartment, and the cold air is supplied to the refrigerating compartment 3 by the operation of the refrigerating compartment flow path temperature sensor and the adjusting unit according to the state of the refrigerating compartment 3.

이와 같이 냉장실, 냉동실에서 순환한 냉기는 닥트(22)를 따라 다시 스터링쿨러(6)의 흡열부에 도달하게 되므로 방열부는 온도가 상승되는데, 방열부에 방열부팬(19)을 이용해 강제 대류로 혹은 구동원이 없는 제3도와 같은 열파이프(20) 동작원리를 이용하여 대류시키게 된다.In this way, the cold air circulated in the refrigerating compartment and the freezing compartment reaches the endothermic portion of the Stirling Cooler 6 again along the duct 22, so that the heat dissipation temperature is increased. Convection is performed by using the heat pipe 20 operating principle as shown in FIG. 3 without a driving source.

그리고 스터링쿨러(7)의 냉각효과 발생원리는 스터링 엔진의 동작원리의 역싸이클과 동일하다.The principle of generating the cooling effect of the sterling cooler 7 is the same as the reverse cycle of the operating principle of the sterling engine.

즉, 고온의 흡열기(10)에 열을 주고 저온의 방열기(12)에서 열을 방출하여 등온압축, 등온팽창에 의해 동력을 얻는 대신에 역으로 리니아 모터(17)에 동력을 가하여 피스턴(16)을 하향 운동시켜 팽창시키므로서 흡열기(10) 및 팽창실에서 냉각효과를 얻고 피스턴을 상향시켜 압축시에는 방열기(12)에서 열을 방출시켜 등온압축, 등온팽창과정을 반복하게 된다.That is, instead of heating the high temperature heat absorber 10 and releasing heat from the low temperature radiator 12 to obtain power by isothermal compression and isothermal expansion, the stonia motor 17 is applied with power to the piston 10. ) By expanding downward motion to obtain a cooling effect in the heat absorber 10 and the expansion chamber, and when the piston is upwardly compressed, heat is radiated from the radiator 12 to repeat the isothermal compression and isothermal expansion processes.

또한 열파이프(20)의 동작원리는 흡열과 방열과정에서 작동유체의 잠열을 이용하는 것이다.In addition, the operation principle of the heat pipe 20 is to use the latent heat of the working fluid in the heat absorption and heat dissipation process.

작동유체 순환과정을 따라서 열파이프의 작동원리를 설명하면, 작동유체는 스터링쿨러의 방열부에서 열을 받아 기상으로 변화한다.Referring to the operation principle of the heat pipe along the working fluid circulation process, the working fluid receives heat from the radiating portion of the sterling cooler and changes to the gas phase.

이 작동유체는 액상에서 기상으로 변환하면서 압력이 상승하여 상대적으로 압력이 작은 열파이프 방열부로 이동하게 되므로 방열부에 도착한 작동유체는 기상에서 액상으로 변화하면서 방열부에 많은 열량을 방출한다.As the working fluid is converted from the liquid phase to the gas phase, the pressure rises and moves to the heat pipe heat radiator having a relatively low pressure. Therefore, the working fluid arriving at the heat radiating part emits a large amount of heat in the heat radiating part.

액상의 작동유체는 열파이프에 구성된 위크(21)의 모세관 현상에 의해 다시 흡열부에 도달하게 된다.The working fluid in the liquid reaches the endothermic portion again by the capillary phenomenon of the wick 21 formed in the heat pipe.

그러나 이러한 종래의 스터링쿨러를 이용한 냉장고에서 스터링쿨러의 효율은 카르노 싸이클(Carnot's cycle)을 실현시키기 때문에 스터링쿨러 그 자체로서는 효율이 기존의 압축기보다는 크지만 스터링쿨러 자체가 냉기전달 및 방열하는 부위의 면적이 증기압축기를 사용하는 냉장고의 열교환기 면적보다 상당히 작으며, 증기압축기가 열전달 과정에서 잠열을 사용하기 때문에 실질적으로 스터링쿨러가 열효율면에서 상당히 불리하다.However, since the efficiency of the sterling cooler in the refrigerator using the conventional sterling cooler realizes a Carnot's cycle, the sterling cooler itself is more efficient than the conventional compressor, but the area of the area where the sterling cooler itself transmits and radiates cold air. It is considerably smaller than the heat exchanger area of the refrigerator using the steam compressor, and the sterling cooler is substantially disadvantageous in terms of thermal efficiency since the steam compressor uses latent heat in the heat transfer process.

써모사이폰 원리는 밀폐된 공간에 하단부가 고온부이고 상단부가 저온부일때 부력에 의해 밀폐 공간에는 자연 대류 현상이 발생하여 유체의 순환(대류)에 의해 열전달이 활발해지며, 또한 밀폐공간에 기상과 액상이 존재한다고 가정하고 고온부의 온도가 작동유체의 증발온도와 같으면서 저온부의 온도가 작동유체의 응축온도와 같을 때에는 작동유체의 잠열이 열전달 계수와 밀접한 관계를 가진다는 원리이다.The thermosiphon principle is that when the lower part is a high temperature part and the upper part is a low temperature part in a closed space, natural convection occurs in the closed space due to buoyancy, and heat transfer is activated by circulation of the fluid (convection). Assuming that the temperature of the hot part is the same as the evaporation temperature of the working fluid while the temperature of the hot part is the same as the condensation temperature of the working fluid, the latent heat of the working fluid is closely related to the heat transfer coefficient.

이때 단상(밀폐된 용기가 기상 또는 액상으로만 존재)인 경우보다 상이 변하는 경우(액상→기상 또는 기상→액상)의 열전달율은 수십배 내지 수백배의 차이가 나게 된다.In this case, the heat transfer rate of the phase change (liquid phase → gas phase or gas phase → liquid phase) is different from that of the single phase (the sealed container is present only in the gas phase or liquid phase).

본 발명은 상기한 써모사이폰 원리를 이용하여 냉장고의 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention to improve the thermal efficiency of the refrigerator by using the thermosiphon principle described above.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 냉장고 본체의 상부에 형성된 공간부와, 상기 공간부를 상,하부로 구획하는 격판과, 상기 격판과 체결되는 스터링 쿨러와, 상기 스터링 쿨러의 하방의 흡열기에 의해 열을 흡입하는 흡열부와, 상기 흡열부의 상방에 설치되어 열전달을 이루는 방열부로 구성됨을 특징으로 하는 스터링 쿨러를 이용한 냉장고가 제공된다.According to the aspect of this invention for achieving the said objective, the space part formed in the upper part of the refrigerator main body, the partition which partitions the said space part up and down, the sterling cooler which is engaged with the said partition, and the below of the sterling cooler Provided is a refrigerator using a sterling cooler, characterized in that it comprises a heat absorbing portion for sucking heat by the heat absorber and a heat dissipating portion provided above the heat absorbing portion to achieve heat transfer.

이하, 본 발명을 일실시예로 도시한 첨부된 도면 제4도, 제5도, 제6도를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4, 5, and 6 of the accompanying drawings.

첨부도면 제4도는 본 발명을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 제5도는 냉기의 순환경로를 나타낸 사시도이며, 제6도의 (a)(b)는 그루우브 형상을 나타낸 요부 단면도로서, 본 발명은 냉장고 본체(1)가 냉동실(2)과 냉장실(3)로 양분된 구조로 된 것에 있어서, 상기 냉장고 본체(1)의 상부에 공간부(23)를 형성하고, 상기 공간부는 격판(24)에 의해 상,하부공간(23a)(23b)로 구획하며, 상기 격판(24)에는 스터링쿨러(25)를 설치하되 방열기(25a)는 상부공간(23a)에, 흡열기(25b)는 하부공간(23b)에 위치하도록 설치하여 이루어지게 된다.4 is a perspective view schematically illustrating the present invention, FIG. 5 is a perspective view illustrating a circulation path of cold air, and FIG. 6 (a) (b) is a cross-sectional view of a main part showing a groove shape. In the structure (1) divided into a freezer compartment (2) and the refrigerating compartment (3), the space portion 23 is formed on the upper part of the refrigerator main body (1), and the space portion is formed by a diaphragm (24). , And partitioned into lower spaces 23a and 23b, and a sterling cooler 25 is installed in the diaphragm 24, but the radiator 25a is in the upper space 23a, and the heat absorber 25b is in the lower space 23b. It is made to be installed on.

그리고, 상기 스터링쿨러(25)에는 운전중에 진동을 흡수하기 위해 충격 흡수 스프링(26)과 충격 흡수 보조대(27)가 설치되어 있다.In addition, the sterling cooler 25 is provided with a shock absorbing spring 26 and a shock absorbing support 27 to absorb vibration during operation.

또한, 방열작용을 하는 상부공간(23a)의 외벽에는 방열면적을 확장하기위하여 그루우브(groove)(28)가 형성되어 있고, 일정한 온도에서 비등하는 작동유체를 삽입하거나 어떤 작동유체가 원하는 온도에서 비등하도록 방열부에 압력을 대기압보다 낮게 조정되어 있는데, 이때 그루우브(28)의 형태는 제6도의 (a)(b)와 같이 단면형상이 각진형태나 유선형태를 이루도록하여 외기(外氣)와의 방열면적을 증가시키도록 되어 있다.In addition, a groove 28 is formed on the outer wall of the upper space 23a for dissipating heat, and a groove 28 is formed to extend the heat dissipation area. The pressure of the heat radiating part is adjusted to be lower than atmospheric pressure so as to boil. At this time, the shape of the groove 28 is such that the cross-sectional shape forms an angular shape or a streamline shape as shown in FIG. It is intended to increase the heat dissipation area of the wah.

한편, 흡열이 이루어지는 하부공간(23b)에는 방열이 이루어지는 상부공간(23a)과 유사하게 원하는 온도 대역에서 비등하는 작동유체를 택하거나 원하는 온도에서 비등하도록 흡열부위의 압력이 설정되어 있다.On the other hand, in the lower space 23b where the heat absorbing is performed, the pressure of the heat absorbing portion is set so as to select a working fluid boiling in a desired temperature band or to boil at a desired temperature similarly to the upper space 23a which heat is radiated.

이하, 본 발명의 작용을 설명함에 있어 편의상 냉기의 순환이 크로스 플로우팬(29)을 지나면서부터 설명하기로 한다.Hereinafter, in describing the operation of the present invention, for convenience, the circulation of cold air will be described from the cross flow fan 29.

크로스 플로우팬(29)을 지난 유동은 a방향으로 닥트를 따라 상승하여, 하부공간(23b)으로 유입되며, 이 하부공간으로 유입되는 공기는 상기 스터링쿨러(25)의 흡열기(25b) 주위를 경유하는 U자형 닥트(30)를 따라 이동하면서 저온으로 열교환되어 냉장실(3)로 통하는 닥트(31)를 통해 냉장실에 도달하게 된다.The flow past the cross flow fan 29 rises along the duct in the a direction, and enters the lower space 23b, and the air flowing into the lower space passes around the heat absorber 25b of the Stirling Cooler 25. As it travels along the U-shaped duct 30 passing through, it is heat-exchanged to low temperature and reaches the refrigerating chamber through the duct 31 leading to the refrigerating chamber 3.

이 때, 냉장실(3)의 냉기는 냉동실 냉기 전달통로(32a)(32b)를 통해 냉동실(2)에 냉기가 전달되고, 냉동실에서 순환된 냉기는 냉동실 순환 유동 귀환통로(33)를 통해서 다시 크로스 플로우팬(29)에 이입된다.At this time, the cold air of the refrigerating compartment 3 is delivered to the freezing compartment 2 through the freezer compartment cold air transfer passages 32a and 32b, and the cold air circulated in the freezer compartment crosses again through the freezer compartment circulation flow return passage 33. It flows into the flow fan 29.

한편, 냉동실(2)로부터 냉장실(3)로의 냉기유입과정은 냉장실(3)이 설정온도 이상인지를 온도센서(34)에 의해 계속적으로 감지하여, 냉장실내의 온도가 설정온도 이상이 되면 냉장실로 통하는 닥트(31)의 하방에 설치된 댐퍼(도시는 생략함)의 개방에 의해 냉동실(2)의 냉기가 냉장실(3)로 유입되어 냉장실의 온도를 내려주게 된다.On the other hand, the cold air inflow process from the freezing chamber (2) to the refrigerating chamber (3) continuously detects whether the refrigerating chamber (3) is above the set temperature by the temperature sensor 34, and when the temperature in the refrigerating chamber reaches the set temperature or more, The cooling air of the freezer compartment 2 flows into the refrigerating compartment 3 by opening the damper (not shown) provided below the duct 31 to communicate with the refrigerator, thereby lowering the temperature of the refrigerating compartment.

한편, 냉장실(3)의 냉기는 냉장실 순환 유동 귀환 통로(35)를 통해서 크로스 플로우팬(29)에 이입된다.On the other hand, the cold air of the refrigerating chamber 3 is introduced into the cross flow fan 29 through the refrigerating chamber circulating flow return passage 35.

또한, 상기 상부공간(23a)은 스터링쿨러(25)의 방열기(25a)에서 발생되는 고온의 열을 외부로 방열하는 역할을 하게 되는데, 이 때 상부공간(23a)의 외벽에 제6도의 (a)(b)에서처럼 외향 또는 내향으로 볼록한 형상의 그루우브(28)를 형성하므로써 방열면적을 넓혀 방열효과를 극대화시킬 수 있도록 하였다.In addition, the upper space 23a serves to dissipate the heat of high temperature generated from the radiator 25a of the Stirling Cooler 25 to the outside, in which the outer wall of the upper space 23a of FIG. As shown in (b), the grooves 28 are formed to be convex outwardly or inwardly, thereby maximizing the heat dissipation area.

이상에서와 같이 본 발명은 냉기전달 및 방열부에서 잠열을 이용하였기 때문에 단순히 찬 부위에 공기를 순환시키는 열전달 방식보다는 소비전력이 상당히 절감시킬 수 있게 된다.As described above, since the present invention uses latent heat in the cold air transfer and the heat radiating unit, power consumption can be considerably reduced rather than the heat transfer method of simply circulating air in the cold part.

그리고 기존에 방열부위를 냉장고 뒷면에 부착하였기 때문에 단열재가 두꺼워지는 문제가 있었으나, 이를 해결하였고, 또한 냉장고 모양을 원형으로 쉽게 변형시켜 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, since the heat dissipation part is attached to the rear side of the refrigerator, there is a problem that the heat insulating material becomes thick, but the solution is solved, and the shape of the refrigerator can be easily transformed into a circle to improve efficiency.

한편 팬도 유량이 비교적 큰 크로스-플로우팬을 채택하였기 때문에 소음을 줄일 수 있게 된다.On the other hand, since the fan adopts a cross-flow fan having a relatively high flow rate, noise can be reduced.

Claims

A space portion formed at an upper portion of the refrigerator main body, a diaphragm partitioning the space portion up and down, a sterling cooler engaged with the diaphragm, and a heat absorbing portion for sucking heat by a heat absorber below the sterling cooler; Refrigerator using a sterling cooler, characterized in that the heat sink is installed above the heat absorbing portion to form a heat transfer.

The refrigerator using a sterling cooler according to claim 1, wherein a groove is formed on the outer wall of the heat dissipation unit to enlarge the heat dissipation area of the heat dissipation unit.