KR100691578B1 - 루프형 열사이펀 - Google Patents

Abstract

열부하의 변동에 관계없이 안정적으로 작동할 수 있는 루프형 열사이펀 및 루프형 열사이펀을 이용한 스털링 냉장고를 제공한다. 작동 유체에 의해 고온 열원(5)으로부터 열을 반송하는 루프형 열사이펀에 있어서, 흡열부(1a)를 갖고 그 흡열부를 거쳐서 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 작동 유체를 증발시키는 증발기(1)와, 고온 열원보다 높은 위치에 위치하고 증발기에서 증발한 작동 유체를 응축시키는 응축기(3)와, 루프를 형성하도록 증발기와 응축기를 접속하는 배관(2, 4)을 구비하고, 응축기(3)를 경유한 작동 유체(22)를, 증발기의 작동 유체의 액체 저장소(21)에 저장되기 전에 흡열부(1a)에 접촉시켜 열교환시킨다.

응축기, 배관, 작동 유체, 증발기, 스털링 냉장고

Description

루프형 열사이펀 {LOOP-TYPE THERMOSIPHON}

본 발명은, 루프형 열사이펀 및 그 루프형 열사이펀을 이용한 스털링 냉장고에 관한 것이다.

발열 기기나 전자 냉각 소자 등의 냉각에 열싱크, 열파이프, 열사이펀 등이 이용되고 있다. 열싱크는 열원을 부착한 열싱크의 베이스부에 온도 분포를 발생시키므로, 열원으로부터 멀어지면 멀어질수록 방열에 기여하지 않게 된다. 열파이프 또는 열사이펀은 열반송 능력이 높아, 열원으로부터 떨어진 부분까지 열을 전달해도 온도 변화가 작은 특징이 있다.

그러나, 열파이프는 작동 유체의 증기와 액체의 흐름이 동일한 관 내에서 행해지므로, 전열량이 큰 경우에는 필요한 개수가 증가한다. 예를 들어, 외경 15.8 ㎜, 길이 300 ㎜의 열파이프에서는 온도차를 5 ℃로 하면 전열량이 100 W 정도가 된다. 또한, 최종적으로 열을 대기 환경으로 방출해야 하는 경우 공기의 열전달율이 낮으므로, 공기와의 열교환에는 열파이프의 응축부에 큰 전열 면적을 갖는 것을 설치해야만 한다. 마찬가지로, 중력에 의해 액체가 증발부까지 되돌아가는 관형 열사이펀도 동일한 특징을 갖는다.

한편, 루프형 열사이펀도 중력에 의해 응축기에서 응축된 액체가 증발기로 되돌아가는 구조를 갖는다. 그러나, 응축기의 형상과 크기는 응축기의 냉각 수단에 맞추어 설계할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 증발기도 열원의 형상과 크기에 맞추어 설계할 수 있다. 이로 인해, 대부분의 경우는 응축기와 증발기를 접속하는 가스관과 액관의 2개의 파이프로 완료할 수 있다. 물론, 응축기를 증발기보다 높은 위치에 설치할 필요가 있다.

그러나, 루프형 열사이펀은 봉입되는 작동 유체의 종류에 따라, 또는 열부하가 있는 범위에 있어서 변동되는 경우, 순환 유량이 안정되기 어려워 열원의 온도가 심하게 변동되는 경우가 많다. 주지와 같이, CFC(특정 프레온) 및 HCFC계 냉매가 냉각 기기의 작동 유체나 이차 작동 유체로서 사용되어 왔지만, CFC계 냉매가 이미 전폐되어 있고, HCFC계 냉매도 오존층 보호의 국제 조약에 규제되어 있다. 또한, 새롭게 개발된 HFC계 냉매는 오존층을 파괴하지 않지만, 지구 온난화 계수가 이산화탄소의 수백 내지 수천배 이상이라는 강력한 온난화 물질로, 배출 규제의 대상이 되고 있다. 따라서, 루프형 열사이펀의 작동 유체로 해도 환경 보호의 시점으로부터 선택할 수 있는 냉매의 종류가 한정되어 있다. 환경에 친화적인 이른바 자연 냉매는 HC계 냉매, 암모니아, 이산화탄소, 물, 에탄올 등의 매질 및 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다.

종래의 루프형 열사이펀은, 도5에 도시한 바와 같이 증발기(101), 응축기(103), 기액 분리 탱크(106)를 배관(102, 104)에 의해 접속하여 구성되어 있다. 열원(105)은 증발기(101) 내에서 냉각된다. 응축기(103)는 증발기(101)보다 높은 위치에 설치되고, 응축기(103)에서 액화된 작동 유체는 응축기와 증발기 사이에 설치한 기액 분리 탱크(106)에서 기액 분리된다. 작동 유체의 액체는 중력에 의해 배관(104)을 통해, 증발기(101)의 하부로부터 증발기로 도입된다. 또한, 열원으로부터 열을 빼앗은 작동 유체는 증발기(101)에서 기화하고, 작동 유체의 증기는 증발기와 응축기 사이의 증기 압력차에 의해 배관(102)을 통해 응축기(103)로 도입된다. 대부분의 경우는, 열원의 형상에 맞추어 증발기(101)를 설계한다. 도5에 있어서, 기액 분리 탱크(106)는 반드시 필요한 것은 아니다.

또한, 스털링 냉동기의 고온부의 냉각에는 펌프를 사용한 이차 냉매의 액체에 의한 방법이 일본 특허 공개 평11-223404호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 종래의 루프형 열사이펀은 작동 유체의 순환 유량이 불안정해지기 쉽고, 이에 의해 열원의 온도가 변동하는 결점이 있었다. 특히, 설계의 목표 부하로부터 떨어진 부하로 회전하면, 열원의 온도가 심하게 변동되는 경우가 많다. 열원의 온도가 심하게 변동하면, 열원 기기의 성능이 불안정해질 뿐만 아니라 열원 기기에 손상을 주는 경우도 있다.

여기서, 루프형 열사이펀을 예를 들어 스털링 냉동기의 고온부의 냉각에 이용하고, 이 스털링 냉동기를 냉장고에 탑재하는 경우를 상정한다. 주지와 같이, 냉장고의 열부하는 계절에 따라 변동된다. 냉장고의 열부하가 변동되면, 스털링 냉동기의 고온부의 방열량도 변한다. 루프형 열사이펀에는 변동하는 열부하에서의 불안정한 작동이 자주 발견된다. 이러한 경우, 스털링 냉동기의 고온부의 온도가 심하게 변동되면, 스털링 냉동기의 COP(Coefficient of Performance)가 변동하는 것만으로는 끝나지 않는다. 고온부의 온도가 지나치게 높으면, 스털링 냉동기의 재생기가 파열되는 경우도 있다.

도6에 도시된 것은 원기둥형의 형상을 갖는 열원을 냉각하는 종래의 루프형 열사이펀의 증발기이다. 이 증발기(101)는 원기둥형의 열원(105)을 식히기 위해 환형의 모양을 하고 있고, 원기둥형의 열원(105)은 증발기의 구멍부에 끼워 넣어 증발기 구멍의 면과 밀착시키고 있다. 증발기 구멍의 면에는, 증발 면적을 늘리기 위한 내부 핀(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 응축기로부터의 액체가 증발기의 하부로부터 배관(104)을 지나서 액체 저장소(121) 내로 유입되고, 기화한 증기가 증발기의 상부로부터 배관(102)을 지나서 응축기로 유출된다.

도6에 도시한 증발기와 배관 구조를 이용하여, 작동 유체로서 물을 봉입한 루프형 열사이펀의 실험 운전에 있어서의 열원 온도의 변화를 도7에 나타낸다. 열원의 발열량이 설계 부하의 75 ％ 이하가 되면, 도7에 나타낸 열원의 온도 변동이 발생된다. 작동 유체의 봉입량을 바꾸어도 개선이 확인되지 않았다.

본 발명은 열부하의 변동이 커도 고온 열원의 온도를 안정적으로 유지할 수 있는 루프형 열사이펀 및 그 루프형 열사이펀을 장비한 스털링 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 루프형 열사이펀은, 작동 유체를 이용하여 원기둥형의 고온 열원으로부터 열을 반송하는 루프형 열사이펀이다. 그 루프형 열사이펀은, 고온 열원에 장착된 흡열부를 갖고 그 흡열부를 거쳐서 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 작동 유체를 증발시키는 환형의 증발기와, 고온 열원보다도 높은 위치에 위치하여 증발기에서 증발한 작동 유체를 응축시키는 응축기와, 루프를 형성하도록 증발기와 응축기를 접속하는 배관을 구비한다. 그리고, 응축기를 거쳐 응축된 작동 유체를 흡열부로 낙하시키도록 구성하고 있다.

이 구성에 의해, 냉각되어 응축된 작동 유체가 그대로 액체 저장소에 공급되지 않고 흡열부로 낙하하여 예열된 후에, 상부로부터 중력 작용에 의해 공급된다. 이로 인해, 액체 저장소에서 유동이 발생하고, 또한 액체 저장소도 포함한 작동 유체 전체의 증발이 촉진된다. 액체 저장소로 공급되기 전에 흡열부에서 열교환되는 작동 유체의 증발이 확실하게 촉진되는 것은 물론이다. 이로 인해, 고온 열원부의 온도 분포를 균일화할 수 있다. 또한, 흡열부 등에 부착한 기포의 이탈을 촉진시킬 수 있다. 이로 인해, 열부하의 변동에 대응하여 열교환을 행할 수 있어, 고온 열원 온도 등을 안정화시킬 수 있다. 또한, 고온 열원을 원기둥형으로 하고 증발기를 환형으로 하였으므로, 열교환 효율을 확보한 콤팩트한 구조의 장치를 쉽게 제조할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀의 기본 구성도이다.

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀의 변형예를 도시한 도면이다.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 스털링 냉장고를 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀을 이용한 경우 의 열원 온도의 안정도를 나타낸 그래프이다.

도5는 일반적인 루프형 열사이펀의 구성을 도시한 도면이다.

도6은 종래의 루프형 열사이펀의 증발기를 도시한 도면이다.

도7은 종래의 루프형 열사이펀을 이용한 경우의 열원 온도의 변동을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 기초로 하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀의 기본 구성을 설명하는 개념도이다. 도1에 도시한 루프형 열사이펀은 증발기(1), 응축기(3), 증발기(1)로부터 응축기(3)에 이르는 배관인 가스관(2)과, 응축기(3)로부터 증발기(1)에 이르는 배관인 액관(4)으로 구성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 도1에 도시한 바와 같이 냉각되는 고온 열원(5)이 통형의 방열면을 갖고 있으므로, 증발기는 열원의 통형 방열면에 맞춘 같은 치수의 둥근 구멍을 마련한 환형의 모양을 하고 있다. 또한, 접촉열 저항을 작게 할 목적으로 증발기 구멍의 면을 열원(5)의 통형 방열면과 밀착시키고 있다. 응축기(3)는 핀 튜브형으로, 관 내는 작동 유체가 흐르고 관 밖에서는 공기를 흐르게 하여 그 작동 유체를 냉각시킨다.

응축기의 작동 유체 파이프는 병렬 흐름(Parallel Flow)형 또는 서펜타인(Serpentine)형 중 어떠한 것이라도 좋다. 응축기를, 가스의 도입구가 응축된 액체의 출구보다도 높게 설치하고 있다. 증발기(1)로부터 응축기(3)에 이르는 가스 관(2)은 응축기로부터 증발기에 이르는 액관(4)보다 굵은 파이프를 사용하고 있다. 이로 인해, 가스관(2)의 유동 저항은 액관(4)의 유동 저항보다 작게 되어 있다. 이는 작동 유체의 역류나 기동하기 어려움을 방지하기 위함이다. 액관의 관 직경은 설계 열부하와 작동 유체의 열물성을 기초로 하여 정하였다. 열사이펀을 형성하기 위해, 응축기(3)를 증발기(1)보다 위치적으로 높은 곳에 배치하고 있다.

본 실시 형태에 있어서는 작동 유체로서 순수(純水)를 봉입하였다. 응축기에 액체를 저장할 수 있는 용적(예를 들어, 응축기 출구의 헤더 파이프 등)과, 액관의 용적과 증발기 용적의 합계 용적의 1/3 내지 2/3를 액체로 가득 채우고, 또한 남은 용적을 작동 온도에 있어서의 작동 유체의 포화 증기로 가득 채운 작동 유체의 질량을 봉입량으로 한다. 이 봉입량에 의해, 작동 유체의 작동을 원활하게 할 수 있다.

작동에 관해서는, 도1에 도시한 바와 같이 증발기(1)에서 물이 고온 열원(5)으로부터 열을 빼앗아 증발한다. 증발기(1)에서 증발한 증기는, 응축기(3)와 증발기(1)의 온도차에 의한 증기압의 차를 이용하여 가스관(2)을 통해 응축기(3)로 유입되고, 관 밖의 공기에 열을 빼앗겨 응축한다. 응축기(3)에서 응축된 액체는 중력에 의해 액관(4)을 통해 다시 증발기(1)로 되돌아간다. 이와 같이, 작동 유체가 순환하여 증발기에서 흡열하고 응축기에서 방열하는 과정을 반복한다.

본 발명의 실시 형태의 특징 중 하나는 응축기로부터의 액체를 증발기의 하부로부터 도입하는(도5 참조)것은 아니며, 도1에 도시한 바와 같이 증발기의 상부로부터 도입하는 데 있다. 도4 및 도5에 나타낸 종래의 열사이펀의 구성에서는, 차가운 액체가 증발기의 하부에 보급된다. 이로 인해, 증발기에 저장되어 있는 액체 내의 온도 구배에 의한 흐름으로의 영향이 작아 증발 촉진이 되지 않는다. 증발기가 설계 열부하로부터 떨어진 조건 하에서, 특히 작은 열부하의 조건 하에서 작동하면 전열면에 부착되는 기포의 성장 시간이 길어져 증발기에 또한 액체가 저장되고 기포는 탈출하기 어려워진다. 이와 같이, 종래의 열사이펀은 작동 유체의 순환 유량이 변화하거나 또는 일시적으로 멈춤으로써, 열원에 심한 온도 변동이 발생한다(도7 참조).

도1에 도시한 본 실시 형태에 의한 루프형 열사이펀은, 응축기로부터의 액체를 증발기의 상부로부터 도입함으로써, 과냉각도를 가진 액체가 우선 고온의 흡열부 또는 도시하지 않은 내부 핀으로 떨어져 예열된다. 내부 핀은 흡열부에 부착되고, 증발기 내를 향해 형성된다. 이로 인해, 증발기에 저장되어 있는 액체가 증발되기 쉬워진다. 또한, 보다 차가운 액체가 증발기 내의 액면의 상부로부터 들어감으로써, 밀도의 차에 의한 중력의 힘에 의해 하방으로 이동하고자 하므로 증발기 내의 액체가 교반되어 증발이 촉진되고, 전열면에 부착되어 있는 기포가 박리되어 기포가 파열되기 쉬워진다. 이리 하여, 본 실시 형태에 의한 루프형 열사이펀은 설계 열부하로부터 떨어진 조건 하에서도 안정된 열원 온도를 얻을 수 있다.

또한, 도1에 도시한 루프형 열사이펀에는 기액 분리 탱크를 설치하고 있지 않지만, 도2에 도시한 바와 같이 응축기와 증발기 사이에 기액 분리 탱크(6)를 설치해도 좋다. 단, 봉입량을 결정할 때에 기액 분리 탱크의 내부 용적을 액관의 일부로 간주해야 한다. 기액 분리 탱크를 설치함으로써, 루프형 열사이펀의 안정된 작동에 효과가 있는 경우가 있다.

작동 유체의 물에 60 ％ 이하의 에탄올을 첨가함으로써, 작동이나 운송의 허용 환경 온도를 낮출 수 있다.

(제2 실시 형태)

도3은 루프형 열사이펀을 탑재한 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 스털링 냉장고의 개념도이다. 도3의 스털링 냉장고는 냉장고 본체(19)에 설치한 스털링 냉동기, 스털링 냉동기의 고온부의 냉각에 부착한 루프형 열사이펀, 스털링 냉동기의 저온부의 냉열을 고내로 운반하는 저온측 열교환 시스템, 냉장고 본체 등으로 구성되어 있다. 저온측 열교환 시스템은 루프형 열사이펀이기도 하지만, 본 실시 형태의 대상으로 하지 않는 루프형 열사이펀이다.

원기둥형의 고온부와 저온부를 갖는 스털링 냉동기(11)를 냉장고 배면에 배치한다. 스털링 냉동기의 고온부(13)를 냉각하는 루프형 열사이펀의 증발기(1)를 스털링 냉동기의 고온부에 부착하여 밀착시킨다. 또한, 응축기(3)를 냉장고 본체 상에 얹고 도1에 도시한 바와 같이 파이프로 증발기(1)와 응축기(3)를 접속함으로써, 본 실시 형태에 의한 루프형 열사이펀을 스털링 냉장고에 탑재한다. 액관(4)은 증발기(1)에 상부로부터 삽입하고 있다. 작동 유체로서는 순수, 또는 순수와 에탄올의 혼합물을 봉입한다.

저온측 열교환 시스템은, 스털링 냉동기의 저온부(12)의 냉열을 이차 냉매를 이용하여 냉장고 냉각기(15)에 의해 냉장고 내로 제공한다. 냉장고 냉각기(15)를 고내 냉기 덕트 내에 설치하고 있다.

스털링 냉동기(11)가 가동되면 스털링 냉동기의 고온부(13)의 온도가 올라가 증발기(1)에서 작동 유체가 가열되어 증발하고, 가스관(2)을 통해 응축기(3)로 유입된다. 동시에 팬(7)의 회전에 의해 고 밖의 공기가 도입되어, 증발기(1)로부터의 작동 유체 가스가 응축기(3)에서 식혀져 응축된다. 응축기(3)에서 액화된 작동 유체액이 중력에 의해 액관(4) 및 도입관(4a)을 통해 증발기(1)로 되돌아간다. 이 액화된 작동 유체가 증발기로 되돌아갈 때에, 증발기의 흡열부(1a) 및/또는 내부 핀(도시하지 않음)에 접촉하여 열교환된다. 이와 같이, 작동 유체의 자연 순환이 행해져, 스털링 냉동기(11)의 열이 고 밖의 공기로 전달된다.

스털링 냉동기(11)의 운전에 의해 저온부(12)의 온도가 내려가, 이 저온부를 흐르는 열교환 시스템의 이차 냉매가 열을 빼앗긴다. 한편, 이 저온측 열교환 시스템의 이차 냉매는 냉각 팬(16)의 회전에 의해 냉장고 냉각기에 의해 고내 공기로부터 흡열한다. 냉각 팬 상에는 덤퍼(17)가 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 저온측 열교환 시스템의 이차 냉매는 중력에 의해 자연 순환한다. 물론, 펌프에 의한 순환 수단이라도 좋다. 이와 같이, 스털링 냉동기(11)의 냉열이 고내의 공기로 연속적으로 제공된다.

또한, 냉장고 냉각기(15)의 서리 제거에 의해 생긴 드레인수가 드레인수 배출구(18)로부터 배출된다.

(제3 실시 형태)

도4는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀을 이용한 경우의 고온 열원의 온도 변동을 나타낸 그래프이다. 본 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀은, 도6에 도시한 종래의 루프형 열사이펀에 있어서의 증발기로의 액체의 복귀 방법을 바꾸었을 뿐인 장치이다. 즉, 응축된 작동 유체를 직접 액체 저장소로 도입하지 않고, 액체 저장소에 접촉되어 있지 않은 흡열부에 접촉하도록 복귀시키는 구성으로 하였다.

도4에 나타낸 고온 열원 온도의 시간 경과는, 종래의 루프형 열사이펀과 동일한 열부하의 조건 하에 있어서 얻어진 효과이다. 도7에 나타낸 종래의 루프형 열사이펀에 있어서의 열원의 큰 온도 변동과 비교하여 안정된 온도 추이를 얻을 수 있다.

다음에, 상기 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태에 든 예도 포함하여, 본 발명의 각 실시 형태에 있어서의 루프형 열사이펀 및 냉장고의 효능에 대해 가능한 한 많은 예를 망라적으로 설명한다.

본 발명의 일실시 형태에서는, 방열면을 갖는 고온 열원으로부터 열을 반송시키는 루프형 열사이펀에 있어서 고온 열원으로부터 열을 빼앗는 증발기와, 고온 열원의 상측에 배치한 응축기와, 루프를 형성하도록 증발기와 응축기를 접속한 배관을 구비하고, 작동 유체를 봉입하여 응축기로부터의 작동 유체의 액체를 증발기로 도입할 때에 흡열부에 적하하여 열교환시킴으로써 고온 열원의 온도를 안정적으로 유지할 수 있는 루프형 열사이펀을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기와 다른 일실시 형태에 있어서는 상기 루프형 열사이펀을 구성하는 증발기 내의 흡열부에 내부 핀을 설치하고, 상기 응축기에서 응축한 작동 유체의 액체를 상기 증발기의 상부로부터 상기 증발기 내의 흡열부나 내부 핀 으로 떨어지도록 상기 증발기로 도입한다. 증발기는 상자형이라도 좋고, 반환형의 것을 조합하여 환형으로 한 구성이라도 좋다. 또한, 다른 형상의 것을 조합해도 좋다. 흡열부는 고온 열원을 장입하도록 통형 또는 구멍형으로 해도 좋다. 상기 구성에 의해, 증발기 내부에서 하부 절반부만큼 방열량이 크지 않은 고온 열원의 통형 방열면의 상부 절반부로부터의 열을 이용하여 작동 유체의 액체를 예열하는 것을 실현할 수 있어, 증발기의 고온 열원의 온도 균일화 또한 온도의 안정화를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 일실시 형태에 의한 루프형 열사이펀의 구성에서는, 증발기에서 증발한 증기를 응축기로 유도하는 가스관의 유동 저항을, 응축기에서 응축한 액체를 증발기로 유도하는 액관의 유동 저항보다 작게 한다. 이 구성에 의해, 열사이펀에 나타나는 작동 유체의 역류나 기동의 어려움을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 이외의 일실시 형태에 있어서 고온 열원으로부터 반송되는 열의 양에 따라서, 반송열량이 크면 상기 배관의 유동 저항을 작게 하고, 반송열량이 작으면 상기 액관의 유동 저항을 크게 하는 것이 좋다. 이 구성을 기초로 하여 배관의 직경을 결정하는 방법을 취하면, 보다 안정된 작동 유체의 순환 유량을 얻을 수 있다. 또한, 상기한 반송열량의 대소의 기준치로서, 예를 들어 설계 부하의 75 ％를 채용할 수 있다. 즉, 열원의 발열량이 설계 부하의 75 ％ 이하인 경우에는 상기 배관의 유동 저항을 크게 하고, 75 ％를 넘는 경우에는 상기 배관의 유동 저항을 작게 한다. 다른 기준치, 예를 들어 설계 부하의 50 ％ 등의 값을 이용해도 좋다.

본 발명의 다른 일실시 형태에 의한 루프형 열사이펀은, 작동 유체의 봉입량은 작동 온도에 있어서 응축기에 액체를 저장할 수 있는 용적과 액관(배관)의 용적과 증발기 용적의 1/3 내지 2/3를 액체로 가득 채우고, 다시 남은 용적을 작동 온도에 있어서의 작동 유체의 포화 증기로 가득 채운 작동 유체의 질량을 봉입량으로 할 수 있다. 이 구성에 의해, 작동 유체의 봉입량에 의한 문제점을 해소할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일실시 형태에 의한 루프형 열사이펀은 탄산 가스, 물, 하이드로 카본 등의 자연 냉매를 작동 유체로 하고 있어, 환경에 친화적인 열교환 기술을 제공할 수 있다. 특히, 물을 작동 유체에 이용함으로써 독성이나 가연성도 없고, 안정성이 높은 루프형 열사이펀이 된다. 또한, 60 ％ 이하의 에탄올을 첨가하면, 물을 작동 유체로 한 루프형 열사이펀의 작동 가능한 환경 온도 범위를 넓힐 수 있다.

상기 본 발명의 상술한 어느 하나의 일실시 형태의 루프형 열사이펀을 이용한 스털링 냉동기 탑재의 냉장고에 있어서, 상기 루프형 열사이펀의 증발기와 스털링 냉동기의 고온부와 열교환시키고, 구체적으로는 양자를 밀착시켜 응축기를 냉장고의 스털링 냉동기의 고온부보다 높은 곳에 배치할 수 있다. 이 구성에 의해, 스털링 냉장고의 열부하가 변화해도 스털링 냉동기가 안정적으로 작동할 수 있고, 또한 작동 유체가 중력에 의해 자연 순환함으로써 펌프가 필요하지 않으므로, 신뢰성과 효율이 높다고 하는 우수한 효과를 발휘한다.

상기한 본 발명의 각 실시 형태에 대해 그 효과를 나열하여 설명하였지만, 본 발명에 있어서 가장 광범위한 실시 형태의 루프형 열사이펀은 상기한 각 실시 형태의 효과를 갖지 않아도 좋다. 본 발명의 가장 광범위한 실시 형태인 루프형 열사이펀은, 열원의 부하 변동에 대응하여 안정적으로 동작하는 효과를 갖고만 있으면 된다.

상기에 있어서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명을 행하였지만, 상기에 개시된 본 발명의 실시 형태는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는, 특허청구의 범위의 기재에 의해 나타내며, 또한 특허청구의 범위의 기재와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.

본 발명에 의한 루프형 열사이펀은 열원의 열부하의 변동을 흡수하여, 안정적으로 동작할 수 있다. 이로 인해, 상기 루프형 열사이펀은 예를 들어 프레온을 이용하지 않아 온난화 가스의 배출이 없는 스털링 냉동기를 냉각 장치로서 이용한 냉장고에 있어서, 스털링 냉동기의 고온부의 냉각에 이용되고 연간 안정된 냉동 성능의 확보에 기여하는 것이 기대된다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 작동 유체(22, 23)를 이용하여 원기둥형의 고온 열원(5)으로부터 열을 반송시키는 루프형 열사이펀에 있어서,

   상기 고온 열원(5)에 장착된 흡열부(1a)를 갖고, 그 흡열부를 거쳐서 상기 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 상기 작동 유체를 증발시키는 환형의 증발기(1)와,

   상기 고온 열원보다도 높은 위치에 위치하고 상기 증발기에서 증발한 작동 유체(23)를 응축시키는 응축기(3)와,

   루프를 형성하도록 상기 증발기와 상기 응축기를 접속하는 배관(2, 4)을 구비하고,

   상기 응축기를 거쳐 응축된 작동 유체(22)를 상기 흡열부(1a)로 낙하시키도록 구성하며,

   상기 증발기(1)에서 증발한 작동 유체(23)를 상기 응축기(3)로 유도하는 상기 배관(2)의 유동 저항을, 상기 응축기(3)에서 응축한 작동 유체(22)를 상기 증발기(1)로 유도하는 상기 배관(4)의 유동 저항보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 루프형 열사이펀.
4. 작동 유체(22, 23)를 이용하여 원기둥형의 고온 열원(5)으로부터 열을 반송시키는 루프형 열사이펀에 있어서,

   상기 고온 열원(5)에 장착된 흡열부(1a)를 갖고, 그 흡열부를 거쳐서 상기 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 상기 작동 유체를 증발시키는 환형의 증발기(1)와,

   상기 고온 열원보다도 높은 위치에 위치하고 상기 증발기에서 증발한 작동 유체(23)를 응축시키는 응축기(3)와,

   루프를 형성하도록 상기 증발기와 상기 응축기를 접속하는 배관(2, 4)을 구비하고,

   상기 응축기를 거쳐 응축된 작동 유체(22)를 상기 흡열부(1a)로 낙하시키도록 구성하며,

   상기 고온 열원으로부터 반송하는 열의 양에 따라서, 반송열량이 크면 상기 응축기로부터 상기 증발기에 이르는 배관의 유동 저항을 작게 하고, 반송열량이 작으면 상기 응축기로부터 상기 증발기에 이르는 배관의 유동 저항을 크게 하는 것을 특징으로 하는 루프형 열사이펀.
5. 작동 유체(22, 23)를 이용하여 원기둥형의 고온 열원(5)으로부터 열을 반송시키는 루프형 열사이펀에 있어서,

   상기 고온 열원(5)에 장착된 흡열부(1a)를 갖고, 그 흡열부를 거쳐서 상기 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 상기 작동 유체를 증발시키는 환형의 증발기(1)와,

   상기 고온 열원보다도 높은 위치에 위치하고 상기 증발기에서 증발한 작동 유체(23)를 응축시키는 응축기(3)와,

   루프를 형성하도록 상기 증발기와 상기 응축기를 접속하는 배관(2, 4)을 구비하고,

   상기 응축기를 거쳐 응축된 작동 유체(22)를 상기 흡열부(1a)로 낙하시키도록 구성하며,

   상기 작동 유체의 봉입량이 작동 온도에 있어서 상기 응축기에 액체를 저장할 수 있는 용적과, 배관의 용적과, 증발기 용적과의 합계 용적의 1/3 내지 2/3를 상기 작동 유체의 액체로 가득 채우고, 상기 합계 용적의 남은 용적을 상기 작동 유체의 포화 증기로 가득 채우는 봉입량인 것을 특징으로 하는 루프형 열사이펀.
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8. 작동 유체(22, 23)를 이용하여 원기둥형의 고온 열원(5)으로부터 열을 반송시키는 루프형 열사이펀에 있어서,

   상기 고온 열원(5)에 장착된 흡열부(1a)를 갖고, 그 흡열부를 거쳐서 상기 고온 열원으로부터 열을 빼앗아 상기 작동 유체를 증발시키는 환형의 증발기(1)와,

   상기 고온 열원보다도 높은 위치에 위치하고 상기 증발기에서 증발한 작동 유체(23)를 응축시키는 응축기(3)와,

   루프를 형성하도록 상기 증발기와 상기 응축기를 접속하는 배관(2, 4)을 구비하고,

   상기 응축기를 거쳐 응축된 작동 유체(22)를 상기 흡열부(1a)로 낙하시키도록 구성하며,

   작동 유체로서 에탄올을 60 ％ 이하 포함하는 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 루프형 열사이펀.
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