KR100296279B1 - Free piston stirling cooler - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A free piston stirling cooler is provided to reduce manufacturing cost and to prevent frictional noise by change structure, lubricating a displacer and a piston, into simple and stable structure. CONSTITUTION: A cooler includes a linear motor; a piston rod(41); multiple first elastic members(21,22); a displacer(50); a supporting fame(60); and multiple second elastic members(51,52). The linear motor is placed in a hermetic vessel(1) packed with working gas to generate driving force. The piston rod with a piston(40) is integrally joined to a mover(30) of the linear motor. The first elastic members are integrally joined to both ends of the piston rod to support the piston to move straight by being fixed to and supported by the hermetic vessel. The displacer made of hollow body is placed on a front end of the piston slidably to axial direction to divide a compression space(S2) and an expansion space(S1) with a regenerator(4) between them. The supporting frame with a shaft(62), placed coaxially with the piston rod and inserted into a hollow(50a) of the displacer, is joined to one side of the hermetic vessel. The second elastic members are joined to both ends of the shaft of the supporting frame, slidably on inner circumferential surface of the hollow of the displacer, to keep reciprocating movement of the displacer straight.

Description

자유피스톤 스터링쿨러Free piston sterling cooler

본 발명은 자유피스톤 스터링쿨러에 관한 것으로, 특히 가공이 난해한 가스베어링을 대신하여 판스프링으로 피스톤 및 디스플레이서는 탄력 지지하고자 하는 자유피스톤 스터링쿨러에 관한 것이다.The present invention relates to a free piston sterling cooler, and more particularly, to a free piston sterling cooler to support the piston and the displacer with a leaf spring in place of a difficult-to-machine gas bearing.

일반적으로 자유피스톤 스터링쿨러(Free Piston Stirling Cooler, 이하 스터링쿨러로 약칭함)는 자유피스톤이 내장된 리니어 모터가 동력원으로 적용된 스터링 사이클을 기본 메커니즘으로하여 상기 리니어 모터의 자유피스톤이 직선으로 왕복운동을 하는 중에 작동가스가 압축 및 팽창되면서 열을 지속적으로 방출 및 흡수하는 열 펌프(Heat Pump)이다.In general, a free piston stirling cooler (abbreviated `` sterling cooler '') is a basic mechanism based on a stir cycle in which a linear motor with a built-in free piston is used as a power source, and the free piston of the linear motor reciprocates linearly. It is a heat pump that continuously releases and absorbs heat while the working gas is compressed and expanded.

제 1도는 종래 스터링 쿨러의 구성을 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래의 스터링 쿨러는 밀폐용기(1)의 내부에 상하(이하, 편의상 도면을 기준으로 상, 하 방향을 구분함)로 팽창공간(S1)과 압축공간(S2)을 구획하는 디스플레이서(2)가 장착되고, 그 디스플레이서(2)의 외주면에는 디스플레이서 실린더(3)가 고정되며, 그 디스플레이서 실린더(3)와 밀폐용기(1)의 사이에는 다공질의 재생기(4)가 장착되고, 상기 디스플레이서(2)의 하측에 압축공간(S2)을 사이에 두고 자유피스톤(5)이 개재되며, 그 자유피스톤(5)의 외주면에는 피스톤 실린더(6)가 장착되고, 그 피스톤 실린더(6)의 외주면과 밀폐용기(1)의 내주면 사이에는 리니어 모터(7)가 장착되며, 상기 디스플레이서(2)의 하단에 연결되어 자유피스톤(5)의 중앙을 관통하는 디스플레이서 로드(2a)는 그 하단부에 디스플레이서 스프링(8)이 연결되고, 그 디스플레이서 스프링(8)은 밀폐용기(1)와 수개의 스프링 로드(8a)로 결합되어 있다.1 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a conventional sterling cooler, as shown in the conventional sterling cooler is a top and bottom (hereinafter, for convenience, separate the upper and lower directions based on the drawing) inside the sealed container (1) A displacer 2 is provided which partitions the expansion space S 1 and the compressed space S 2 , and the displacer cylinder 3 is fixed to the outer peripheral surface of the displacer 2, and the displacer cylinder 3. And a porous regenerator 4 between the container 1 and the sealed container 1, and a free piston 5 interposed between the compression receptacle S 2 at a lower side of the displacer 2 . A piston cylinder 6 is mounted on the outer circumferential surface of the piston 5, and a linear motor 7 is mounted between the outer circumferential surface of the piston cylinder 6 and the inner circumferential surface of the hermetic container 1. Displacer rod 2a connected to the bottom and penetrating the center of free piston 5 The displacer spring 8 is connected to the lower end thereof, and the displacer spring 8 is coupled to the hermetic container 1 by several spring rods 8a.

또한, 상기 밀폐용기(1)의 팽창공간(S1) 외주면에는 흡열기(9)가 씌워지는 반면에 상기 밀폐용기(1)의 압축공간(S2) 외주면, 정확하게는 재생기(4)가 설치되지 않은 부위에는 발열기(10)가 씌워지고, 상기 밀폐용기(1)의 일단, 즉 흡열기(9)의 반대쪽에는 작동가스 주입구(11)가 형성되며, 그 작동가스 주입구(11)의 외주면에는 밸런스 스프링(12)과 결합되어 있다.In addition, while the heat absorber 9 is covered on the outer circumferential surface of the expansion space S 1 of the sealed container 1, the outer circumferential surface of the compressed space S 2 of the sealed container 1, precisely, the regenerator 4 is installed. The non-heating portion 10 is covered with a non-heating part, and an operating gas inlet 11 is formed at one end of the sealed container 1, that is, on the opposite side of the heat absorber 9, and on the outer circumferential surface of the working gas inlet 11. It is coupled with the balance spring 12.

상기 압축공간(S2)에 연장된 피스톤 실린더(6)에는 수개의 가스유통구(6a)가 형성되고, 그 가스유통공(6a)은 재생기(4)의 하단과 연통되는 한편 그 재생기(4)의 상단은 팽창공간(S1)과 연통되어 있다.The gas cylinder 6a is formed in the piston cylinder 6 extending in the compression space S 2 , and the gas cylinder 6a communicates with the lower end of the regenerator 4 while the regenerator 4 The top of the) is in communication with the expansion space (S 1 ).

상기와 같이 구성된 스터링 쿨러의 일반적인 동작은 다음과 같다.The general operation of the sterling cooler configured as described above is as follows.

즉, 상기 작동가스 주입구(11)를 통해 소정량의 작동가스가 밀폐용기(1)의 내부로 주입되어 충진된 이후에 상기 리니어 모터(7)에 전원이 인가되면, 그 리니어 모터(7)의 내측에 개재된 자유피스톤(5)이 피스톤 실린더(6)의 내주면을 따라 왕복운동을 하게 되고, 그 자유피스톤(5)의 왕복운동에 의해 디스플레이서(2) 역시 자유피스톤(5)과 엇갈려 왕복운동을 하면서 팽창(S1) 및 압축공간(S2)에 충진된 작동가스의 밀도를 변화시키게 되는데, 특히 팽창공간(S1)에서의 작동가스는 팽창되면서 주위의 열을 흡수하게 되는 반면에 압축공간(S2)에서의 작동가스는 압축되면서 주위로 열을 방출시키게 되는 것이었다.That is, when power is applied to the linear motor 7 after a predetermined amount of working gas is injected into the sealed container 1 through the working gas inlet 11 and filled, the linear motor 7 of the linear motor 7 The free piston 5 interposed inside reciprocates along the inner circumferential surface of the piston cylinder 6, and the displacer 2 also reciprocates with the free piston 5 by the reciprocating motion of the free piston 5. During the movement, the density of the working gas filled in the expansion (S 1 ) and the compression space (S 2 ) is changed, in particular the working gas in the expansion space (S 1 ) is expanded to absorb the heat of the surroundings The working gas in the compression space (S 2 ) was to release heat to the surroundings while being compressed.

여기서 상기 작동가스의 진행과정은 다음과 같다.Here, the progress of the working gas is as follows.

상기 자유피스톤(5)이 리니어 모터(7)에 의해 상사점까지 상승하면서 압축공간(S2)에 충진된 작동가스를 압축하게 되면, 그 압축된 작동가스가 디스플레이서(2)를 상승시키는 것과 동시에 압축공간(S2)에서 압축된 작동가스의 일부는 피스톤 실린더(6)에 형성된 가스유통공(6a)을 통해 재생기(4)로 흘러들어 열을 빼앗기면서 팽창공간(S1)으로 유입 팽창된다.When the free piston 5 compresses the working gas filled in the compression space S 2 while rising to the top dead center by the linear motor 7, the compressed working gas raises the displacer 2. At the same time, a part of the working gas compressed in the compression space (S 2 ) flows into the regenerator (4) through the gas distribution hole (6a) formed in the piston cylinder (6) to deprive heat and expand the inflow into the expansion space (S 1 ) do.

이어, 상기 디스플레이서(2)가 상사점까지 상승함과 동시에 자유피스톤(5)이 다시 리니어 모터(7)에 의해 하강하게 되면, 상기 압축공간(S2)의 가스밀도가 팽창공간(S1)의 가스밀도보다 낮게 되어 팽창공간(S1)으로 유입되었던 작동가스가 주위의 열을 흡수하면서 재생기(4)를 통해 압축공간(S2)으로 반입되고, 그 반입된 작동가스의 흡수열은 별도의 방열 열교환기(미도시)에 의해 외부로 방출되는 것이었다.Subsequently, when the displacer 2 rises to the top dead center and the free piston 5 descends again by the linear motor 7, the gas density of the compression space S 2 increases in the expansion space S 1. Lower than the gas density of), the working gas introduced into the expansion space (S 1 ) is introduced into the compression space (S 2 ) through the regenerator 4 while absorbing the surrounding heat, the absorption heat of the introduced working gas is It was released to the outside by a separate heat dissipation heat exchanger (not shown).

한편, 상기 디스플레이서(2)와 피스톤(5)이 각 실린더(3,6)의 내주면과 마찰되는 것을 방지하기 위하여 종래에는 디스플레이서(2)의 저면에서 외주면으로 관통되는 수개의 가스베어링공(2b)이 방사상으로 형성되는 한편, 그 디스플레이서(2)와 대향되는 피스톤(5)의 상면에서 그 외주면으로 관통되는 수개의 가스베어링공(5a)이 방사상으로 형성되어 있는데,이러한 스터링 쿨러의 압축행정시 압축공간(S2)에서 압축되는 작동가스 일부가 각 가스베어링공(2b,5a)으로 유입되도록 하여 디스플레이서(2)의 외주면과 피스톤(5)의 외주면으로 방출되면서 각 실린더(3,6)와의 윤활작용을 하도록 하고 있다.Meanwhile, in order to prevent the displacer 2 and the piston 5 from rubbing against the inner circumferential surfaces of the respective cylinders 3 and 6, several gas bearing balls penetrating from the bottom of the displacer 2 to the outer circumferential surface ( While 2b) is formed radially, several gas bearing holes 5a penetrating from the upper surface of the piston 5 facing the displacer 2 to the outer circumferential surface thereof are formed radially. A portion of the working gas compressed in the compression space (S 2 ) during stroke is introduced into each gas bearing ball (2b, 5a) to be discharged to the outer peripheral surface of the displacer 2 and the outer peripheral surface of the piston (5), each cylinder (3, 6) is to be lubricated.

그러나, 상기와 같이 가스베어링방식이 적용되는 종래의 스터링 쿨러에 있어서는 디스플레이서(2)와 피스톤(5)의 내부에 각각 미세한 가스베어링공(2b,5a)을 수개씩 형성하여야 하나, 이 가스베어링공(2b,5a)의 가공이 용이하지 못하여 생산비가 상승하게 되는 것은 물론, 신뢰성이 낮아 마찰소음이 발생될 우려가 있었다.However, in the conventional sterling cooler to which the gas bearing method is applied as described above, a few fine gas bearing balls 2b and 5a must be formed in the displacer 2 and the piston 5, respectively. The processing of the balls 2b and 5a was not easy, leading to an increase in the production cost, and of low reliability, which may cause frictional noise.

또한, 상기 디스플레이서(2)가 탄성지지되도록 하기 위하여는, 디스플레이서 로드(2a)가 피스톤(5)을 관통하여 밀폐용기(1)의 하부에서 디스플레이서 스프링(8)에 결합되도록 하는 것으로, 이는 구조가 복잡하여 생산성 저하를 야기시키는 문제점도 있었다.In addition, in order for the displacer 2 to be elastically supported, the displacer rod 2a penetrates the piston 5 to be coupled to the displacer spring 8 at the bottom of the hermetic container 1. This has a problem in that the structure is complex, causing a decrease in productivity.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 스터링 쿨러가 가지는 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 디스플레이서와 피스톤의 윤활구조를 용이하면서도 신뢰성이 높은 구조로 변경하여 생산비를 절감하는 것은 물론, 마찰소음이 발생되지 않는 스터링 쿨러를 제공하려는데 본 발명의 목적이 잇다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the conventional sterling cooler, and the lubrication structure of the displacer and the piston is changed to a structure that is easy and reliable, while reducing the production cost, as well as friction noise. It is an object of the present invention to provide a stir cooler that does not occur.

본 발명의 다른 목적은, 스터링 쿨러의 구조를 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 스터링 쿨러를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a sterling cooler that can improve the productivity by simplifying the structure of the sterling cooler.

제1도는 종래 자유피스톤 스터링쿨러의 구성을 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a conventional free piston sterling cooler.

제2도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러의 구성을 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a free piston sterling cooler according to the present invention.

제3a도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러에서 피스톤을 탄력 지지하는 탄성부재를 보인 평면도.Figure 3a is a plan view showing an elastic member for elastically supporting the piston in the free piston sterling cooler according to the present invention.

제3b도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러에서 디스플레이서를 탄력 지지하는 탄성부재를 보인 평면도.Figure 3b is a plan view showing an elastic member for elastically supporting the displacer in the free piston sterling cooler according to the present invention.

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

1 : 밀폐용기 4 : 재생기1: sealed container 4: regenerator

9 : 흡열기 10 : 방열기9: heat absorber 10: radiator

20 : 고정자 21,22 : 제 1탄성부재20: stator 21, 22: first elastic member

30 : 가동자 40 : 피스톤30: mover 40: piston

50 : 디스플레이서 51,52 : 제 2탄성부재50: Displacer 51,52: second elastic member

51a,52a : 마모방지재 60 : 지지프레임51a, 52a: wear protection material 60: support frame

61 : 플랜지부 61a : 가스유통공61: flange portion 61a: gas distribution hole

62 : 지지봉부62: support rod

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정의 작동가스가 충진된 밀폐용기의 내부에 구동력을 발생시키는 리니어 모터가 구비되고, 그 리니어 모터의 가동자에 피스톤을 갖는 피스톤 로드가 일체로 결합되며, 상기 밀폐용기에 고정 지지되어 피스톤의 직진성을 유지시키는 복수개의 제 1탄성부재가 상기한 그 피스톤 로드의 양단의 일체로 결합되고,In order to achieve the object of the present invention, a linear motor is provided for generating a driving force in a sealed container filled with a predetermined working gas, and a piston rod having a piston is integrally coupled to the mover of the linear motor. A plurality of first elastic members fixedly supported in the hermetic container to maintain the straightness of the piston are integrally coupled to both ends of the piston rod described above

상기 피스톤의 선단측에는 재생기를 사이에 두고 작동가스의 압축공간과 팽창공간으로 구획하는 중공체로 된 디스플레이서가 축방향으로 미끄러지게 구비되며, 상기 밀폐용기의 일측에는 피스톤 로드와 동축상에 구비되어 디스플레이서의 중공부에 삽입되도록 축부를 갖는 지지프레임이 결합되고, 그 지지프레임의 축부 양단에는 디스플레이서의 왕복운동시 직진성을 유지시키는 복수개의 제 2탄성부재가 상기한 디스플레이서의 중공부 내주면에 미끄러지도록 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러가 제공된다.The distal end of the piston is provided with a displacer made of a hollow body for partitioning the compressed gas and the expansion space of the working gas between the regenerator between the axial direction, and on one side of the sealed container is provided coaxially with the piston rod. A support frame having a shaft portion is coupled to be inserted into the hollow portion of the support frame, and a plurality of second elastic members for maintaining straightness during the reciprocating motion of the displacer are slid on the inner circumferential surface of the hollow portion of the displacer. Provided is a free piston sterling cooler, characterized in that the combination.

이하, 본 발명에 의한 스터링 쿨러를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a sterling cooler according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.

제 2도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러의 구성을 보인 종단면도이고, 제 3a도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러에서 피스톤을 탄력 지지하는 탄성부재를 보인 평면도이며, 제 3b도는 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러에서 디스플레이서를 탄력 지지하는 탄성부재를 보인 평면도이다.2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a free piston sterling cooler according to the present invention, Figure 3a is a plan view showing an elastic member for elastically supporting the piston in the free piston sterling cooler according to the present invention, Figure 3b is a A plan view showing an elastic member for elastically supporting a displacer in a free piston sterling cooler.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스터링 쿨러는, 소정량의 작동가스가 충진된 밀폐용기(1)의 일측에 리니어 모터의 고정자(20)가 장착되고, 그 고정자(20)의 내부에 가동자(30)가 개재되며, 그 가동자(30)의 중앙을 관통하여 일체로 결합되는 피스톤 로드(41)의 일단에는 피스톤(40)이 결합되어 밀폐용기의 실린더부(1a)에 미끄러지게 삽입되고, 상기 피스톤 로드(41)의 양단에는 그 외측단이 밀폐용기의 내주면에 고정 지지되어 피스톤(40)의 직진성을 유지시키는 복수개의 제 1탄성부재(21,22)가 에 일체로 결합되며, 상기 피스톤(40)의 선단측에는 재생기(4)를 사이에 두고 팽창공간(S1) 및 압축공간(S2)으로 구획하는 중공체로 된 디스플레이서(50)가 배치되고, 상기 피스톤(40)과 디스플레이서(50)의 사이에 배치되어 밀폐용기(1)의 실린더부(1a)를 일부 복개하는 지지프레임(60)의 중앙에는 상기한 피스톤 로드(41)와 동축상에 축부를 형성하는 지지봉부(62)가 디스플레이서(50)의 중공부(50a)에 삽입되고, 상기 지지봉부(62)에는 디스플레이서(50)의 중공부(50a) 내주면에 미끄러지게 접촉되어 디스플레이서(50)의 직진성을 유지시키는 제 2탄성부재(51,52)가 일체로 결합되어 이루어진다.As shown therein, the stirling cooler according to the present invention includes a stator 20 of a linear motor mounted on one side of the sealed container 1 filled with a predetermined amount of working gas, and a movable part inside the stator 20. 30 is interposed, the piston 40 is coupled to one end of the piston rod 41 which is integrally coupled through the center of the mover 30 is inserted into the cylinder portion (1a) of the sealed container, On both ends of the piston rod 41, a plurality of first elastic members 21 and 22, the outer end of which is fixed to the inner circumferential surface of the hermetic container to maintain the straightness of the piston 40, is integrally coupled to the piston rod 41. On the front end side of the piston 40, a displacer 50 made of a hollow body partitioned into an expansion space S 1 and a compression space S 2 with a regenerator 4 therebetween is disposed, and the piston 40 and the display are arranged. Disposed between the books 50 to partially cover the cylinder portion 1a of the airtight container 1. At the center of the support frame 60, a support rod 62 is formed in the hollow portion 50a of the displacer 50, and the support rod 62 is formed coaxially with the piston rod 41. The second elastic members 51 and 52 which are in sliding contact with the inner circumferential surface of the hollow part 50a of the displacer 50 to maintain the straightness of the displacer 50 are integrally coupled to each other.

상기 재생기(4)는 원통형으로 형성되어 그 내주면에 디스플레이서(50)가 미끄러지게 삽입되고, 상기 재생기(4)의 양단측에 서로 연통되도록 형성되는 팽창공간(S1) 및 압축공간(S2)에는 각각 흡열기(9)와 방열기(10)가 복개되어 이루어진다.The regenerator 4 is formed in a cylindrical shape so that the displacer 50 is slidably inserted into the inner circumferential surface thereof, and the expansion space S 1 and the compression space S 2 formed to communicate with each other on both ends of the regenerator 4. The heat absorber 9 and the radiator 10 are respectively covered with).

상기 제 1탄성부재(21,22)는 제 3a도에 도시된 바와 같이 모두 스파이럴 타입의 판스프링이 수개씩 겹쳐져 이루어지는 것으로, 그 외주면은 밀폐용기(1)의 내주면에 볼트 체결되는 반면 그 내주면은 고정자(20)양측의 피스톤 로드(41) 양단에 일체로 고정된다. 상기 제 1탄성부재(21,22)는 피스톤(40)의 왕복운동을 고려하여 밀폐용기(1)의 실린더부(1a)와 동심도가 일치되도록 체결되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3A, the first elastic members 21 and 22 are formed by overlapping several spiral springs. The outer circumferential surface thereof is bolted to the inner circumferential surface of the airtight container 1, while the inner circumferential surface thereof is bolted. Both ends of the piston rod 41 on both sides of the stator 20 are integrally fixed. The first elastic members 21 and 22 are preferably fastened to have concentricity with the cylinder portion 1a of the hermetic container 1 in consideration of the reciprocating motion of the piston 40.

상기 지지프레임(60)은 수개의 작동가스 유통공(61a)이 형성되어 밀폐용기(1)의 실린더부(1a)를 복개하도록 결합되는 플랜지부(61)와, 그 플랜지부(61)의 중심에서 피스톤 로드(41)와 동축상에 연장 형성되어 디스플레이서(50)의 중공부(50a)에 삽입되고 상기한 제 2탄성부재(51,52)가 일체로 결합되는 지지봉투(62)로 이루어 진다.The support frame 60 has a flange portion 61 coupled to cover the cylinder portion 1a of the hermetically sealed container 1 by forming several working gas distribution holes 61a, and the center of the flange portion 61. Is formed coaxially extending with the piston rod 41 in the hollow portion 50a of the displacer 50 is made of a support bag 62 which is integrally coupled to the second elastic member (51, 52) Lose.

상기 디스플레이서(50)는 양단이 막힌 속이 빈 중공채로 형성되되, 그 일단은 지지프레임(60)의 지지봉부(62)가 미끄러지게 삽입되도록 미끄럼공(미부호)이 형성된다. 상기 디스플레이서(50)의 중공부(50a)는 지지프레임(60)의 지지봉부(62)와 동심상에 형성되는 것이 바람직하다.The displacer 50 is formed of a hollow hollow with both ends blocked, and one end of the displacer 50 is formed so that the support rod 62 of the support frame 60 is slidably inserted therein. The hollow portion 50a of the displacer 50 is preferably formed concentrically with the support rod 62 of the support frame 60.

상기 제 2탄성부재(51,52)는 제 3b도에 도시된 바와 같이 모두 스파이럴 타입의 판스프링이 수개씩 겹쳐져 이루어지는 것으로, 그 외주면은 디스플레이서(50)의 중공부(50a) 내주면에 미끄러지게 접촉되는 반면 그 내주면은 지지프레임(60)의 지지봉부(62) 양단에 일체로 고정된다. 상기 제 2탄성부재(51,52)의 외주면에는 디스플레이서(50)의 중공부(50a) 내주면과 마찰을 줄이도록 원형 또는 원호형의 마모방지재(51a,52a)가 삽입된다.As shown in FIG. 3b, the second elastic members 51 and 52 are formed by overlapping a plurality of spiral springs, and the outer circumferential surface of the second elastic member 51 and 52 slides on the inner circumferential surface of the hollow part 50a of the displacer 50. While the inner circumferential surface is in contact with the support rod 62 of the support frame 60 is fixed integrally. The outer circumferential surfaces of the second elastic members 51 and 52 are inserted with circular or arc wear protection materials 51a and 52a so as to reduce friction with the inner circumferential surface of the hollow portion 50a of the displacer 50.

도면중 미설명 부호인 11은 작동가스 주입구, 12는 동진동 감쇠기인 밸런스 스프링이다.In the figure, reference numeral 11 denotes a working gas inlet, and 12 denotes a balance spring which is a dynamic vibration damper.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 스터링 쿨러의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.The general operation of the sterling cooler according to the present invention configured as described above is the same as in the prior art.

즉, 리니어 모터에 전원이 인가되면, 가동자(30)가 유도자기에 의해 직선으로 왕복운동을 하게 되고, 그 가동자(30)의 직선운동에 의해 피스톤(40) 역시 직선으로 왕복운동을 하게 되며, 이러한 피스톤(40)의 직선운동에 의해 디스플레이서(50)가 팽창공간(S1) 및 압축공간(S2)을 오가면서 그 각 공간(S1)(S2)의 작동가스를 순환시키게 된다.That is, when power is applied to the linear motor, the mover 30 reciprocates in a straight line by the induction magnetism, and the piston 40 also reciprocates in a straight line by the linear movement of the mover 30. By the linear movement of the piston 40, the displacer 50 circulates the working gas of the respective spaces S 1 and S 2 while traveling between the expansion space S 1 and the compression space S 2 . Let's go.

이때, 상기 팽창공간(S1)에서는 작동가스의 팽창시 흡열기(9)로부터 열을 흡수하게 되어 냉기를 발생시키게 되는 반면, 상기 압축공간(S2)에서는 작동가스의 압축시 발생되는 열을 방열기(10)를 통해 외부로 방출시키게 된다.At this time, the expansion space (S 1 ) absorbs heat from the heat absorber (9) during the expansion of the working gas to generate cold air, while in the compression space (S 2 ) to generate heat generated during the compression of the working gas The heat is radiated to the outside through the radiator 10.

여기서, 상기 피스톤(40) 및 디스플레이서(50)의 직선왕복운동시 피스톤(40)이 밀폐용기(1)의 실린더(1a)와 심하게 마찰되거나 또는 디스플레이서(50)가 재생기(4)의 내주면과 심하게 마찰될 우려가 있게 되나, 이는 본 발명에 의한 각 판스프링(21,22)(51,52)에 의해 탄력적으로 지지되므로, 피스톤(40) 및 디스플레이서(50)가 실린더(1a) 및 재생기(4)에 심하게 부딪히지 않으면서 항상 직진운동을 하게 된다.Here, when the piston 40 and the displacer 50 linearly reciprocate, the piston 40 is severely rubbed with the cylinder 1a of the hermetic container 1 or the displacer 50 is the inner circumferential surface of the regenerator 4. There is a possibility of excessive friction, but this is elastically supported by the respective leaf springs (21, 22) (51, 52) according to the present invention, the piston 40 and the displacer 50 is the cylinder (1a) and The straight motion is always performed without severely hitting the regenerator (4).

이를 보다 상세히 보면, 상기 가동자(30)와 피스톤(40)은 피스톤 로드(41)에 의해 일체되고, 그 피스톤 로드(41)의 양측, 즉 가동자(30)의 양단에는 고정자(또는, 밀폐용기)(20)에 일체된 판스프링(21,22)이 결합되므로, 피스톤(40)의 왕복운동시 발생될 수 있는 피스톤(40)의 요동이 2단의 판스프링(21,22)에 의해 탄력 2점 지지되게 되어 피스톤 실린더부(1a)와의 마찰이 방지되는 것이다.In more detail, the mover 30 and the piston 40 are integrated by the piston rod 41, and stators (or hermetically sealed at both ends of the piston rod 41, that is, at both ends of the mover 30). Since the plate springs 21 and 22 integrated with the container 20 are coupled, the swing of the piston 40, which may occur during the reciprocating motion of the piston 40, is caused by the two-stage leaf springs 21 and 22. The elastic two-point support is to prevent friction with the piston cylinder portion (1a).

또한, 상기 지지프레임(60)의 지지봉부(62)가 디스플레이서(50)의 중공부에 삽입되고, 상기 지지봉부(62)의 양단에는 디스플레이서(50)의 중공부 내주면에 미끄럼 접촉되는 2단의 판스프링(51,52)이 결합되므로, 상기 디스플레이서(50)의 직선왕복시 그 디스플레이서(50)가 재생기(4)의 내주면에 부딪히거나 과도하게 마찰되는 것이 방지된다.In addition, the support rod 62 of the support frame 60 is inserted into the hollow portion of the displacer 50, both ends of the support rod 62 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the hollow portion of the displacer 50 Since the leaf springs 51 and 52 of the stage are coupled, the displacer 50 is prevented from hitting the inner circumferential surface of the regenerator 4 or excessively rubbing when the straighter of the displacer 50 is reciprocated.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 스터링 쿨러는, 실린더의 내부에서 직선 왕복운동을 하는 피스톤에 리니어 모터의 구동력을 전달하는 피스톤 로드의 양단에 상기한 피스톤의 직진성을 유지시키는 복수개의 탄성부재가 각각 결합되고, 상기 피스톤의 왕복운동에 의해 재생기의 내부를 왕복운동하는 중공체로 된 디스플레이서의 내부에 그 디스플레이서의 직진성을 유지시키는 복수개의 탄성부재가 미끄러지게 결합되도록 구성함으로써, 디스플레이서와 피스톤의 윤활구조를 용이하면서도 신뢰성이 높은 구조로 변경하여 생산비를 절감함과 아울러 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, the sterling cooler according to the present invention includes a plurality of elastic members each of which maintains the straightness of the piston at both ends of the piston rod which transmits the driving force of the linear motor to the piston which linearly reciprocates in the cylinder. And a plurality of elastic members which are coupled to the inside of the displacer made of a hollow body reciprocating the inside of the regenerator by reciprocating movement of the piston, thereby slidably engaging the displacer and the piston. By changing the lubrication structure to easy and reliable structure, it is possible to reduce production costs and improve productivity.

Claims (4)

소정의 작동가스가 충진된 밀폐용기의 내부에 구동력을 발생시키는 리니어 모터가 구비되고, 그 리니어 모터의 가동자에 피스톤을 갖는 피스톤 로드가 일체로 결합되며, 상기 밀폐용기에 고정 지지되어 피스톤의 직진성을 유지시키는 복수개으 제 1탄성부재가 상기한 그 피스톤 로드의 양단에 일체로 결합되고, 상기 피스톤의 선단측에는 재생기를 사이에 두고 작동가스의 압축공간과 팽창공간으로 구획하는 중공체로 된 디스플레이서가 축방향으로 미끄러지게 구비되며, 상기 밀폐용기의 일측에는 피스톤 로드와 동축상에 구비되어 디스플레이서의 중공부에 삽입되도록 축부를 갖는 지지프레임이 결합되고, 그 지지프레임의 축부 양단에는 디스플레이서의 왕복운동시 직진성을 유지시키는 복수개의 제 2탄성부재가 상기한 디스플레이서의 중공부 내주면에 미끄러지도록 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러.A linear motor is provided inside the sealed container filled with a predetermined working gas, and a piston rod having a piston is integrally coupled to the mover of the linear motor. A plurality of first elastic members for holding a plurality of first elastic members are integrally coupled to both ends of the piston rod described above, and a displacer made of a hollow body partitioning the compressed gas and the expansion space of the working gas with the regenerator interposed therebetween on the front end side of the piston. It is provided to slide in the direction, one side of the sealed container is provided coaxially with the piston rod is coupled to the support frame having a shaft to be inserted into the hollow portion of the displacer, the reciprocating motion of the displacer on both ends of the shaft of the support frame A plurality of second elastic members in the hollow portion of the displacer for maintaining straightness during Free piston sterling cooler characterized in that the coupling is made to slide on the main surface. 제1항에 있어서, 상기 제 2탄성부재의 외주면에는 그 각각의 탄성부재가 디스플레이서의 중공부 내주면과 미끄럼 접촉되는 점을 감안하여 환형 또는 원호형의 마모 방지재가 삽입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러.According to claim 1, wherein the outer circumferential surface of the second elastic member is free, characterized in that the annular or arc-shaped wear protection material is inserted in consideration of the sliding contact between the inner circumferential surface of the hollow portion of the displacer. Piston Sterling Cooler. 제1항에 있어서, 상기 제 1탄성부재는 스파이럴 타입의 판스프링인 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러.The free piston sterling cooler according to claim 1, wherein the first elastic member is a spiral spring. 제1항에 있어서, 상기 제 2탄성부재는 스파이럴 타입의 판스프링인 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러.The free piston sterling cooler according to claim 1, wherein the second elastic member is a spiral spring.
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