KR100241462B1 - 스터링 사이클장치의 가스압축구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스터링 사이클장치의 가스압축구조에 관한 것으로, 본 발명은 실린더내부를 왕복운동하면서 작동가스를 팽창,압축시키는 디스플레이서를 직경이 다른 다단의 구조로 형성함과 더불어 이와 형합되도록 실린더의 팽창공간과 압축공간 및 이 두공간을 연결하는 연결공간을 형성하여, 팽창공간과 압축공간사이의 열전달 면적을 감소시킴으로써 열전달로 인한 열손실을 줄일 뿐만 아니라 마찰손실을 감소시키고, 또한 실링부분의 직경을 감소시켜 재료비를 절감시키고 정밀 가공이 수월할 수 있도록 한 것이다.

Description

스터링 사이클장치의 가스압축구조

본 발명은 스터링 사이클장치에 관한 것으로, 특히 디스플레이서의 왕복운동시 발생되는 마찰손실을 감소시킬 뿐만 아니라 팽창공간과 압축공간사이의 열전달 손실을 줄이고, 디스플레이서에 결합되는 실링링과 가이드링의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 스터링 사이클장치의 가스압축구조에 관한 것이다.

일반적인 스터링 사이클장치는 스터링 사이클을 구현한 장치로, 외부에서 입력되는 에너지 형태를 변환시켜 외부로 출력시키게 된다.

도 1은 상기 스터링 사이클장치를 개략적으로 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 스터링 사이클장치는 소정의 내부체적을 갖으며 이 체적내부에 작동가스가 채워지는 실린더(1)와, 상기 실린더(1)의 내부에 삽입되어 외부로 일을 전달하거나 외부의 일이 입력되는 피스톤(2)과, 상기 피스톤(2)과 실린더(1)내부가 이루는 공간에 이동가능하게 삽입되어 실린더(1)내부를 팽창공간(F)과 압축공간(P)으로 나누는 디스플레이서(3)와, 상기 디스플레이서(3)의 움직임에 의해 팽창공간(F)과 압축공간(P)으로 작동가스가 상호 이동가능하도록 팽창공간(F)과 압축공간(P)을 연통시키는 가스유로(4)와, 상기 가스유로(4)에 연통되게 설치되어 흡열과 방열 역할을 하는 재생기(5)와, 상기 재생기(5)의 양측에 각각 위치하도록 상기 가스유로(4)에 연통되게 설치되는 제1,2 열교환기(6,7)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 스터링 사이클장치는 디스플레이서(3)가 실린더(1)내부의 상사점에서 하사점으로 이동하게 되면 작동가스가 압축공간(P)에서 팽창공간(F)으로 제2열교환기(7), 재생기(5) 그리고 제1열교환기(6)를 거쳐 이동하게 되며, 반대로 디스플레이서(3)가 하사점에서 상사점으로 이동하게 되면 작동가스가 팽창공간(F)에서 압축공간(P)으로 제1열교환기(6), 재생기(5) 그리고 제2열교환기(7)를 거쳐 이동하게 된다.

상기 디스플레이서(3)의 작동은 외부에서 열을 공급하여 팽창공간(F)을 가열함에 의해 이루어질 수 있고, 또한 외부에서 동력을 피스톤(2)에 전달함에 의해 이루어지게 된다. 상기 팽창공간(F)을 외부에서 열을 공급하여 가열하게 되는 경우 그 열에너지는 피스톤(2)을 통해 일에너지로 변환되어 외부로 전달되며, 상기 피스톤(2)을 통해 외부에서 동력을 전달하게 되면 그 동력은 압축공간(P)과 팽창공간(F)에서 열에너지로 변환된다.

상기한 바와 같이 스터링 사이클장치에서 효율을 저하시키는 요소중의 하나로, 스터링 사이클장치가 작동하는 과정에서 팽창공간(F)과 압축공간(P)은 서로 높은 온도차가 발생하게 되며, 이 온도차에 의한 열전달에 의해 전도 열손실이 발생하므로써 효율을 저하시키게 된다.

한편, 상기 스터링 사이클장치에서 작동가스를 팽창,압축시키는 종래의 가스압축구조는, 도 2에 도시한 바와 같이, 소정의 지름을 갖는 내경과 소정의 길이를 갖도록 직선 원통형으로 내부공간이 형성된 실린더(1)에 상기 실린더(1)의 내경에 상응하는 직경과 소정의 길이를 갖는 디스플레이서(3)가 삽입되어 있다. 그리고 상기 디스플레이서(3)의 외주면에는 실린더(1)의 내경과 디스플레이서(3)의 외주면사이의 기밀을 유지하기 위하여 실링링(SEALING LING)(8)이 결합되어 있으며 그 상측에 디스플레이서(3)의 상,하이동시 직진성을 확보함과 더불어 실링링(8)의 마찰력을 감소시켜 주는 가이드링(9)이 결합되어 있다. 상기 디스플레이서(3)의 하측에는 피스톤(2)이 삽입되어 있고, 상기 디스플레이서(3)에는 디스플레이서 로드(10)가 축방향으로 상기 피스톤(2)에 관통되게 결합되어 있다. 또한 상기 피스톤(2)의 내경과 외경에는 기밀을 유지하는 로드실링(11)과 피스톤링(12)이 각각 결합되어 있다.

상기 구조는 디스플레이서(3)가 상,하로 왕복운동하면서 디스플레이서(3)의 상측 공간을 이루는 팽창공간(F)과 하측 공간을 이루는 압축공간(P)에서 작동가스를 팽창,압축시키게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 스터링 사이클장치의 가스압축구조는 실린더(1)의 내경과 이에 삽입되는 피스톤(2)의 외경이 상,하부의 직경이 같은 직선 원통형으로 형성되어 있어, 디스플레이서(3)의 상측과 하측에 위치하는 팽창공간(F)과 압축공간(P)에서 전열면적이 커 전도 연손실이 크게 발생하게 되고, 또한 상기 디스플레이서(3)의 외주면에 결합되는 실링링(8)과 가이드링(9)의 크기가 커져 디스플레이서(3)의 왕복운동시 마찰 면적의 증가로 인한 마찰손실이 발생할 뿐만 아니라 고가인 실링링(8)과 가이드링(9)의 재료비가 많이 소요되고, 디스플레이서(3)의 외경이 크게 됨으로 디스플레이서(3)와 이에 결합되는 실링링(8) 및 가이드링(9)의 정밀가공에 대한 기계가공이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 디스플레이서의 왕복운동시 발생되는 마찰손실을 감소시킬 뿐만 아니라 팽창공간과 압축공간사이의 열전달 손실을 줄일 수 있도록 한 스터링 사이클장치의 가스압축구조를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 디스플레이서에 결합되는 실링링과 가이드링의 크기를 감소시킬 수 있도록 한 스터링 사이클장치의 가스압축구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 스터링 사이클장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 종래 스터링 사이클장치의 가스압축구조를 도시한 개략적으로 도시한 단면도,

도 3a는 본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3b는 본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조에서 디스플레이서의 구조를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1,1' ; 실린더 1'a ; 단턱부

2 ; 피스톤 3' ; 디스플레이서

3'a ; 디스플레이서 압축부 3'b ; 디스플레이서 연결부

8' ; 실링링 9' ; 가이드링

10 ; 디스플레이서 로드 11 ; 로드실링

12 ; 피스톤링 C ; 연결공간

F ; 팽창공간 P ; 압축공간

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 실린더의 내부에 소정의 직경과 길이를 갖는 팽창공간이 형성되고 이 팽창공간에 이어 팽창공간의 직경보다 작은 직경으로 팽창공간과 연통되게 소정의 길이로 연결공간이 형성되며 상기 연결공간의 직경보다 큰 직경으로 상기 연결공간에 연통되게 압축공간이 형성되고, 상기 팽창공간의 직경과 상응하는 직경으로 형성된 압축부와 상기 연결공간의 직경과 상응하는 직경으로 형성된 연결부로 이루어진 디스플레이서가 상기 실린더의 내부에 삽입되고, 상기 실린더의 압축공간에 피스톤이 삽입되며, 상기 디스플레이서의 일측 단부에 상기 피스톤을 관통하여 디스플레이서 로드가 결합되고, 상기 연결공간에 위치하는 디스플레이서의 연결부 외경에 기밀을 유지하는 실링링과 가이드링이 결합되어 이루어짐을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조가 제공된다.

상기 실린더의 압축공간에 삽입되는 디스플레이서의 압축부의 직경은 상,하이동시 압축부의 하면과 압축공간을 이루는 하면사이에 저항을 받지 않도록 압축공간에 헐거움 끼움이 되는 크기로 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조가 제공된다.

상기 실린더의 압축공간과 연결공간이 연결되는 단턱부가 경사지게 형성되고, 이에 형합되도록 디스플레이서의 압축부와 연결부가 연결되는 단턱부가 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조가 제공된다.

상기 실린더의 팽창공간의 직경과 압축공간의 직경은 같도록 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조가 제공된다.

상기 디스플레이서 로드가 삽입되는 피스톤의 내경과 피스톤의 외경에는 로드실링과 피스톤링이 각각 결합됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조는, 도 3a, 3b에 도시한 바와 같이, 실린더(1')의 내부에 소정의 직경과 길이를 갖는 팽창공간(F)이 형성되고 이 팽창공간(F)에 이어 팽창공간(F)의 직경보다 작은 직경으로 팽창공간(F)과 연통되게 소정의 길이로 연결공간(C)이 형성되며 상기 연결공간(C)의 직경보다 큰 직경으로 상기 연결공간(C)에 연통되게 압축공간(P)이 형성된다. 상기 팽창공간(F)은 원통형으로 형성되며, 그 하면 중심에 팽창공간(F)의 직경보다 작은 직경으로 연결공간(C)이 형성된다. 상기 팽창공간(F)과 연결공간(C)이 이어지는 부분에는 팽창공간(F)의 하면이 평면으로 형성되어 단턱부(1'a)가 형성된다.

그리고 상기 연결공간(C)의 하단에는 연결공간(C)의 직경보다 큰 직경으로 압축공간(P)이 형성된다. 상기 팽창공간(F)의 직경과 압축공간(P)의 직경은 같게 형성됨이 바람직하다.

그리고 상기 팽창공간(F)의 직경과 상응하는 직경으로 소정의 길이를 갖도록 형성된 압축부(3'a)와 이 압축부(3'a)에 이어 상기 연결공간(C)의 직경과 상응하는 직경으로 소정의 길이를 갖도록 형성된 연결부(3'b)로 이루어진 디스플레이서(3')가 상기 실린더(1')의 내부에 삽입된다. 상기 압축부(3'a)의 하면은 평면으로 형성되어 연결부(3'b)와 단턱부(1'a)가 형성되며, 상기 실린더(1)의 압축공간(P)에 삽입되는 디스플레이서 압축부(3'a)의 직경은 상,하이동시 압축부(3'a)의 하면(3'c)과 압축공간(P)을 이루는 하면,즉 단턱부(1'a)면사이에 저항을 받지 않도

록 압축공간(P)에 헐거움 끼움이 되는 크기로 형성됨이 바람직하다.

된다. 또한 상기 디스플레이서의 연결부(3'b)의 단부에는 연결부(3'b)의 직경보다 작은 직경으로 소정의 길이를 갖도록 형성된 디스플레어서로드(10)가 결합되며, 연결부(3'b)의 외주면에는 기밀을 유지하는 실링링(8')과 가이드링(9')이 결합된다.

그리고 상기 압축공간(P)의 직경과 상응하는 외경과 상기 디스플레이서 로드(10)의 직경과 상응하는 직경으로 내경이 형성되며 소정의 길이를 갖도록 형성된 실린더(1')가 압축공간(P)에 삽입됨과 더불어 디스플레이서 로드(10)에 삽입된다. 또한 이 피스톤(2)의 내주면에는 디스플레이서 로드(10)와의 기밀을 유지하기 위한 로드실링(11)이 결합되고 피스톤(2)의 외주면에는 압축공간(P)의 내경과 기밀을 유지하기 위한 피스톤링(12)이 결합된다.

본 발명의 변형예로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 실린더(1)의 압축공간(P)과 연결공간(C)이 연결되는 단턱부(1'a)가 경사지게 형성되고, 이에 형합되도록 디스플레이서(3)의 압축부(3'a)와 연결부(3'b)가 연결되는 단턱부(1'a)가 경사지게 형성된다. 이와 같이 단턱부(1'a)를 경사지게 형성하게 되면 디스플레이서 압축부(3'a)의 하면과 압축공간(P)을 이루는 하면사이의 공간을 줄일 수 있게 된다.

그리고 상기 팽창공간(F)과 압축공간(P)은 종래와 같이 작동가스가 이동가능하도록 가스유로(4)가 연통되며 이 가스유로(4)에는 재생기(5) 및 제1,2열교환기(6,7)가 결합된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 스터링 사이클장치의 가스압축구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가스압축구조는 종래와 같이, 디스플레이서(3)가 상,하로 왕복운동함에 의해 팽창공간(F)에서 작동가스가 팽창됨과 더불어 압축공간(P)에서 작동가스가 압축되면서 팽창공간(F)에서 압축공간(P)으로 압축공간(P)에서 팽창공간(F)으로 작동가스를 이동시키게 된다.

본 발명은 디스플레이서(3)를 직경이 다른 다단의 구조로 형성함과 더불어 이와 형합되도록 실린더(1')의 팽창공간(F)과 압축공간(P) 및 이 두공간을 연결하는 연결공간(C)을 형성함으로써 팽창공간(F)과 압축공간(P)사이의 열전달 면적을 감소시켜 열손실을 줄이게 된다.

그리고 압축공간(P)과 팽창공간(F)사이의 작동가스의 흐름을 막기 위한 실링링(8')과 가이드링(9')이 직경이 작아진 연결부(3'b)에 결합됨으로써 실링링(8')과 가이드링(9')의 직경이 작아져 실링링(8')과 가이드링(9')의 재료 사용량이 절감될 뿐만 아니라 실린더(1) 연결공간(C)의 내경과 접촉면적이 작아져 마찰손실을 줄이게 된다. 또한 가공 정밀도가 중요시되는 연결부(3'b)의 외경과 연결공간(C)의 내경이 작아짐에 의해 가공 정밀도를 높일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스터링 사이클장치의 가스압축구조는 팽창공간과 압축공간사이에서의 열전달로 인한 열손실을 줄일 뿐만 아니라 마찰손실을 줄이게 됨으로써 전체적인 스터링 사이클장치의 효율을 향상시킬 수 있게 되고, 재료비를 절감시키고 정밀 가공이 수월하여 제작원가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 실린더의 내부에 소정의 직경과 길이를 갖는 팽창공간이 형성되고 이 팽창공간에 이어 팽창공간의 직경보다 작은 직경으로 팽창공간과 연통되게 소정의 길이로 연결공간이 형성되며 상기 연결공간의 직경보다 큰 직경으로 상기 연결공간에 연통되게 압축공간이 형성되고, 상기 팽창공간의 직경과 상응하는 직경으로 형성된 압축부와 상기 연결공간의 직경과 상응하는 직경으로 형성된 연결부로 이루어진 디스플레이서가 상기 실린더의 내부에 삽입되고, 상기 실린더의 압축공간에 피스톤이 삽입되며, 상기 디스플레이서의 일측 단부에 상기 피스톤을 관통하여 디스플레이서 로드가 결합되고, 상기 연결공간에 위치하는 디스플레이서의 연결부 외경에 기밀을 유지하는 실링링과 가이드링이 결합되어 이루어짐을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 압축공간에 삽입되는 디스플레이서의 압축부의 직경은 상,하이동시 압축부의 하면과 압축공간을 이루는 하면사이에 저항을 받지 않도록 압축공간에 헐거움 끼움이 되는 크기로 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 압축공간과 연결공간이 연결되는 단턱부가 경사지게 형성되고, 이에 형합되도록 디스플레이서의 압축부와 연결부가 연결되는 단턱부가 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 팽창공간의 직경과 압축공간의 직경은 같도록 형성됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이서 로드가 삽입되는 피스톤의 내경과 피스톤의 외경에는 로드실링과 피스톤링이 각각 결합됨을 특징으로 하는 스터링 사이클장치의 가스압축구조.

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