KR100313995B1 - 자유피스톤스터링쿨러의서리방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스터링 쿨러의 서리 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 재생기의 양측에 발열기와 흡열기를 각각 구비하고, 그 중 흡열기의 외표면에 냉기전달용 히트 파이프를 부착하여 그 흡열기에서 발생되는 냉기를 소정부위로 전달하는 자유피스톤 스터링쿨러에 있어서; 상기 흡열기와 히트파이프의 접촉부위를 외기와 차단하도록 재생기의 주벽에 단열재질로 된 하우징의 일 측이 밀봉 결합하고 그 하우징의 타 측은 상기한 흡열기를 수용하여 히트파이프의 외주면에 밀봉 결합하되, 상기 하우징의 타 측에는 히트파이프가 통과하는 관통구멍을 형성하고, 상기 히트파이프가 긴밀하게 관통하는 덮개링으로 상기한 하우징의 관통구멍을 밀봉 복개함으로써, 저온부인 스터링 쿨러의 흡열기를 외기와 차단되도록 하여 흡열기의 표면에 서리가 발생하는 것을 방지하고 이를 통해 흡열기와 히트파이프 사이의 열전달율을 높여 스터링 쿨러의 냉기를 원활하게 전달할 수 있다.

Description

자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치

본 발명은 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치에 관한 것으로, 특히 자유피스톤 스터링쿨러를 냉장고에 장착하는 경우의 서리 방지 장치에 관한 것이다.

최근들어, 자유피스톤 스터링쿨러에서 발생되는 냉기를 이용하여 냉매압축식 냉동사이클장치가 가지는 여러 단점들을 해소하고자 하는 노력들이 다양하게 시도되고 있는 실정이다.

이러한, 자유피스톤 스터링쿨러(Free Piston Stirling Cooler, 이하 스터링 쿨러로 약칭함)는 자유피스톤이 내장된 리니어 모터가 동력원으로 적용된 스터링 사이클을 기본 메커니즘으로 하여, 상기 리니어 모터의 자유피스톤이 직선으로 왕복운동을 하는 중에 작동가스가 압축 및 팽창되면서 열을 지속적으로 방출 및 흡수하는 열 펌프(Heat Pump)이다.

도1은 종래 스터링 쿨러의 구성을 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래의 스터링 쿨러(C)는 밀폐용기(1)의 내부에 상하(이하, 편의상 도면을 기준으로 상, 하방향을 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.

또한, 상기 밀폐용기(1)의 팽창공간(S₁) 외주면에는 흡열기(9)가 씌워지는 반면에 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(18)의 외주면에는 밸런스 스프링(12)과 결합되어 있다.

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.

상기와 같은 스터링 쿨러의 일반적인 동작은 다음과 같다.

즉, 상기 작동가스 주입구(11)를 통해 소정량의 작동가스가 밀폐용기(1)의 내부로 주입되어 충전된 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.

여기서, 상기 작동가스의 진행과정은 다음과 같다.

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 팽창 공간(S₁)으로 유입 팽창된다.

이어, 상기 디스플레이서(2)가 상사점까지 상승항과 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.

이러한 스터링 쿨러(C)의 흡열기에서 발생되는 냉기를 이용하여 냉장고에 필요한 냉기를 공급하기 위하여는 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 그 흡열기(9)의 외표면에 별도의 냉기전달용 히트파이프(20)가 부착되고, 그 히트파이프(20)는 통상 냉동실(F)의 후측까지 연장되어 종래의 증발용 열교환기와 같이 넓은 표면적을 갖도록 다수회 접철되는데, 그 열교환기와 같이 다수회 접철된 히트파이프(20)의 후방측에는 통상의 송풍팬(D)이 냉동실(F) 및 냉장실(R)의 냉기유로(미도시)를 향하도록 장착되어 있다.

상기 냉기전달용 히트파이프(20)의 단부는 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9) 직경보다 넓게 확장되어 소정공간을 가지고 밀폐되며 , 그 저면, 즉 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)와 접촉되는 면은 젤상태의 전열성 물질인 써멀 그리스(Thermal Grease)(G)가 도포되어 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)와 밀착되어 있다.

이렇게 하여 스터링 쿨러(C)에 의해 발생되는 냉기는 히트파이프(20)로 전달되고 그 히트파이프(20)로 전달된 냉기는 송풍팬(D)에 의해 냉동실(F) 및 냉장실(R)로 공급되어 각 고내에 수납되는 식품을 냉각시키게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 자유 피스톤 스터링 쿨러에 있어서는, 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)에 히트파이프(20)가 견교하게 밀착되도록 히트파이프(20)를 가공하는 것이 용이하지 못하여 그 접촉이 확실하지 못하게 되고, 이로 인해 냉장실(R)을 거친 고온 다습한 공기가 상기 흡열기(9)와 히트파이프(20)의 사이로 침투하여 저온의 흡열기(9) 외표면에 서리를 발생시키게 되며, 그 서리로 인해 스터링 쿨러(C)의 냉기전달 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 스터링 쿨러가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 저온부인 스터링 쿨러의 흡열기를 외기와 차단되도록 하여 흡열기의 표면에 서리가 발생하는 것을 방지하고 이를 통해 흡열기와 히트파이프 사이의 열전달율을 높일 수 있는 자유 피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 자유피스톤 스터링쿨러의 구성을 보인 종단면도.

도2a는 종래 자유피스톤이 스터링쿨러가 냉장고에 장착된 일례를 측면에서 보인 개략도.

도2b는 종래 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치를 개략적으로 보인 종단면도.

도3은 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치를 개략적으로 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 스터링쿨러의 재생기 9 : 스터링쿨러의 흡열기

20 : 히트파이프 30 : 하우징

40 : 실링재 50 : 덮개링

60 : 볼트

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 재생기의 양 측에 발열기와 흡열기를 각각 구비하고, 그 중 흡열기의 외표면에 냉기전달용 히트파이프를 부착하여 그 흡열기에서 발생되는 냉기를 보정부위로 전달하는 자유피스톤 스터링쿨러에 있어서; 상기 흡열기와 히트파이프의 접촉부위를 외기와 차단하도록 재생기의 주벽에 단열재질로 된 하우징의 일 측이 밀봉 결합하고 그 하우징의 타 측은 상기한 흡열기를 수용하여 히트파이프의 외주면에 밀봉 결합하되, 상기 하우징의 타 측에는 히트파이프가 통과하는 관통구멍을 형성하고, 상기 히트파이프가 긴밀하게 관통하는 덮개링으로 상기한 하우징의 관통구멍을 밀봉 복개하는 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스터링 쿨러의 서리 방지 장치를 첨부도면에 도시된 일시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 의한 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치를 개략적으로 보인 종단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스터링 쿨러(C)의 서리 방지 장치는, 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9) 외표면에 별도의 냉기전달용 히트파이프(20)가 부착되고, 그 히트파이프(20)는 통상 냉동실(도2a에서 도시)(F)의 후측까지 연장되어 종래의 증발용 열교환기와 같이 넓은 표면적을 갖도록 다수회 접철되는데, 상기 냉기전달용 히트파이프(20)의 단부는 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9) 직경보다 넓게 확장되어 소정공간을 가지고 밀폐되며, 그 저면, 즉 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)와 접촉되는 면은 젤상태의 전열성 물질인 써멀 그리스(Thermal Grease)(G)가 도포되어 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)와 밀착된다.

여기서, 상기 흡열기(9)와 히트파이프(20)의 접촉부위를 단열재질의 하우징(30)으로 밀봉하는 것으로, 상기 하우징(30)의 일측은 나사부(31)가 형성됨과 아울러, 스터링 쿨러(C)의 재생기(4) 외벽에 나사부(41)가 형성된 실링재(40)를 이용하여 체결되는 반면, 타측은 히트파이프(20)의 외주면에 밀착 결합되는 덮개링(50)에 볼트(60)로 체결된다.

상기 하우징(30) 내의 공기유등을 방지하기 위하여는 덮개링(50)이 볼트(67)로 결합된 이후에, 에폭시(미도시)와 같은 비전열성 물질로 몰딩하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 스터링 쿨러의 서리 방지 장치가 조립되는 과정은 다음과 같다.

즉, 스터링 쿨러(C)의 재생기(4) 외측면에 압입되는 실링재(40)에 하우징(30)의 일측이 나사 체결하고, 그 하우징(30)의 타측에 형성되는 파이프 삽입공(미부호)으로 히트파이프(20)를 끼운 다음에, 그 히트파이프(20)의 확장된 단부를 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9) 외표면에 부착시킨다. 이때, 상기 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9)와 히트파이프(20)의 접촉면에는 젤 상태의 써멀 그리스(G)가 미리 도포되어 있으므로, 일정온도를 가하게 되면 그 흡열기(9)와 히트파이프(20)가 견고하게 밀착된다.

여기서, 상기 하우징(30)을 먼저 결합시킨 다음에 히트파이프(20)를 조립하므로 상기한 하우징(30)에 구비되는 파이프 삽입공(미부호)의 직경은 히트파이프(20)의 최대직경, 즉 확장된 단부의 외경 보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 하우징(30)의 파이프 삽입공을 복개하기 위하여 덮개링(50)을 끼운 후에 볼트(60)로 하우징(30)과 덮개링(50)을 체결하고, 그 체결부위를 에폭시(미도시)로 몰딩하여 하우징(30) 내부의 공기가 정체되도록 한다. 이때, 상기 하우징(30) 내부의 공기를 진공기를 이용하여 외부로 빼낸 진공상태로 하는 것도 바람직하다.

이로써, 상기 하우징(30) 내측의 공기가 외기로부터 단절되어 그 내측공기는 온도 및 습도의 변화가 거의 없게 되는 것이며, 이로 인해 스터링 쿨러(C)의 흡열기(9) 표면에 서리가 발생되지 않게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 스터링 쿨러의 서리 방지 장치는, 상기 흡열기와 히트파이프의 접촉부위를 단열재질의 하우징으로 밀봉함으로써, 저온부인 스터링 쿨러의 흡열기를 외기와 차단되도록 하여 흡열기의 표면에 서리가 발생하는 것을 방지하고 이를 통해 흡열기와 히트파이프 사이의 열전달율을 높여 스터링 쿨러의 냉기를 원활하게 전달할 수 있다.

Claims (1)

1. 재생기의 양 측에 발열기와 흡열기를 각각 구비하고, 그 중 흡열기의 외표면에 냉기전달용 히트파이프를 부착하여 그 흡열기에서 발생되는 냉기를 소정부위로 전달하는 자유피스톤 스터링쿨러에 있어서; 상기 흡열기와 히트파이프의 접촉부위를 외기와 차단하도록 재생기의 주벽에 단열재질로 된 하우징의 일 측이 밀봉 결합하고 그 하우징의 타 측은 상기한 흡열기를 수용하여 히트파이프의 외주면에 밀봉 결합하되, 상기 하우징의 타 측에는 히트파이프가 통과하는 관통구멍을 형성하고, 상기 히트파이프가 긴밀하게 관통하는 덮개링으로 상기한 하우징의 관통구멍을 밀봉 복개하는 것을 특징으로 하는 자유피스톤 스터링쿨러의 서리 방지 장치.

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