KR19980042402A - 스터링냉동장치 - Google Patents

Abstract

특정 프론(fron)의 규제와 장래에 예상되는 HCFC, HFC의 규제에 정확히 대응할 수 있고, 또, 성적계수가 높으며, 에너지효율이 양호한 스터링냉동장치를 제공한다.

냉동고(3)와 스터링냉동기(1)과 냉동고(3)내에 배치됨과 동시에, 스터링냉동기(1)의 냉매냉각부(11)에 연장배치되는 냉열냉매 배관(9)을 구비하여, 스터링냉동기(1)의 구동에 의해 냉열냉매 배관(9)를 통해서 냉동고(3)과 냉매냉각부(11)사이를 냉매가 순환하도록 한 것이다.

이 경우, 냉매로서는 에틸알콜 또는 질소, 혹은 헬륨등의 액체 또는 기체를 사용할 수 있고, 또, 스터링냉동기(1)의 방열을 수냉식 또는 공냉식의 냉각방식으로하는 등 구성상의 변경이 고려될 수 있다.

Description

스터링냉동장치

본 발명은 스터링냉동기를 사용한 스터링냉동장치에 관한 것이며, 특히 다랑어(참치)등 식육의 보존이나, 세포, 조직, 혈액 등의 장기 보존에 적합하고, 대용량으로서 초저온을 제공할 수 있도록 고안한 것에 관한 것이다.

예를들면, 다랑어(참치)등 식육의 보존이나, 세포, 조직, 혈액등의 장기보존에 알맞는 냉동장치로서는 프론(fron)을 냉매로 사용한 것이 알려져 있다.

그리고, 작금의 프론규제에 대응하여, HCFC, HFC를 사용한 냉동장치가 알려저 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 구성에 의하면, 다음과 같은 문제가 있었다.

우선, 특정한 프론(CFC)를 냉매로 사용한 냉동장치에 있어서는 프론규제에 의해서 그 사용이 제한된다.

HCFC, HFC를 사용한 냉동장치의 경우도, 장래에는 법규제의 대상이 될 가능성이 있으며, 또한, 냉동시스템의 특성으로 보아 성적계수가 낮고, 에너지의 효율이 나쁘다는 문제가 있다.

따라서, 상기와 같은 법규제를 받을 우려가 없고 대형의 냉동물품에 대하여도 적정한 보냉을 할 수 있는 냉동장치의 개발이 요망되고 있다.

본 발명은 종래의 냉동장치의 상기와 같은 과제(문제점)을 해결하는 것, 즉, 프론규제와 장래 예상되는 HCFC, HFC의 규제에 적절히 대응할 수 있고, 또한 성적계수가 높고, 에너지 효율이 양호한 스터링냉동장치를 제공하는데 그 목적을 둔다.

도1은 본 발명의 제1의 실시형태를 도시하는 도면으로서, 스터링냉동장치의

개념적 구성을 나타내는 도면.

도2는 본 발명의 제1의 실시형태를 도시하는 도면으로서, 스터링냉동장치의

구성을 나타내는 계통도.

도3은 본 발명의 제1의 실시형태를 도시하는 도면으로서, 스터링냉동기의

구성을 나타내는 단면도.

도4는 본 발명의 제1의 실시형태를 도시하는 도면으로서, 도3을 IV - IV

방향으로 보고, 그 일부를 끊어서 나타내는 도면.

도5는 본 발명의 제1의 실시형태를 나타내는 도면으로서 스터링냉동장치의

풀다운특성을 나타내는 줄그림.

도6은 본 발명의 제2의 실시형태를 나타내는 도면으로서, 스터링냉동장치의

구성을 나타내는 계통도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 스터링냉동기

3 냉동고

9 냉열냉매 배관

11 스터링냉동기의 냉매냉각부

15 스터링냉동기의 방열부

17 방열기

19 물 펌프

21 공냉 팬

31 석션탱크(suction tank)

33 리서버 밸브

35 리서버 탱크

37 드레인 밸브(drain valve)

39 에어핀(공기빼기장치)

41 배관

43 리서버 밸브

45 물 리서버 탱크

47 에어핀

49 드레인 밸브

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재한 스터링냉동장치에서는 냉동고와 스터링냉동기와, 상기 냉동고내에 배설됨과 동시에 상기 스터링냉동기의 냉매냉각부에 연장배설되는 냉열냉매 배관을 구비하여, 상기 스터링냉동기의 구동에 의해 냉열냉매 배관을 통해서 상기 냉동고와 냉매냉각부내를 냉매가 순환하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 청구항 2에 기재한 스터링냉동장치에서는 상기 청구항 1에 기재한 스터링냉동기에 있어서, 냉매로서 에틸알콜 또는 질소, 혹은 헬륨등의 액체 또는 기체를 사용하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 청구항 3에 기재한 스터링냉동장치에서는 상기 청구항 1의 스터링냉동장치에 있어서, 스터링냉동기의 방열을 수냉식, 또는 공냉식으로 하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 의한 스터링냉동장치는 스터링냉동기를 사용한 냉동장치이며, 이에 의해서, 현재의 프론규제에 대응함은 물론, 더욱이 장래의 사용규제가 예상되는 HCFC, HFC이외의 냉매로서 에틸알콜등을 냉매로 사용하고, 또한 냉동용량을 증대할 수 있고, 성적계수도 현재의 것보다 더욱 향상시킬 수 있도록 한 냉동장치를 얻는 것이다.

(실시예)

이하, 도1∼도5를 참조하여 본 발명의 제1의 실시형태를 설명한다.

도1은 본 실시의 형태에 의한 스터링냉동장치의 개념적 구성을 나타내는 도면으로서, 우선, 스터링냉동기(1)이 있다.

이 스터링냉동기(1)에 인접하여 냉동고(3)이 배치되어 있다.

이 냉동고(3)은 상자체(5)와, 이 상자체(5)의 각 내부둘레벽에 설치된 단열벽(7)과, 이 단열벽(7)내의 내부둘레측에 배설된 냉열냉매 배관(9)로 구성되어 있다.

또, 도1에서는 냉열냉매 배관(9)를 냉동고(3)중에 단열벽(7)의 하나의 면에 대하여 배설하는 것처럼 모식적으로 도시하고 있으나, 실용장치의 경우에는 냉동고(3)에 대하여 보냉대상물을 수용하기 위해서 설치되는 개폐문(도시하지 않음)의 한면을 제외한 냉동고(3)내의 단열벽의 나머지 각면에 대하여 냉동고의 냉동용량에 따라서 적당한 간격으로 배설하는 것으로 한다.

상기 스터링냉동기(1)의 도면중 상단부에는 냉매냉각부(11)이 설치되어 있다.

이미 설명한 냉열냉매 배관(9)는 이 냉매냉각부(11)에 접속되어 있으며, 그곳에는 냉열냉매 반송펌프(13)이 끼워져 있다.

또, 스터링냉동기(1)에는 방열부(15)가 설치되어 있다.

이 방열부(15)에는 방열기(17)이 접속되어 있으며, 그곳에는 물펌프(19)가 끼워져 있다.

그리고, 도 1중 부호 21은 공냉팬이다.

상기와 같이 구성되는 스터링냉동장치를 계통적으로 나타내어 보면 도 2에 도시하는 바와 같이 된다.

먼저, 냉열냉매 배관(9)와 냉열냉매 반송펌프(13)의 사이에는 석션탱크(31)이 끼워져 있다.

이 석션탱크(31)에는 리서버밸브(33)을 통해서 냉열냉매 리서버탱크(35)가 접속되어 있다.

또, 삭션탱크(31)에는 드레인밸브(37)이 접속되어 있다.

또, 냉매냉각부(11)에 있어서의 냉열냉매 배관(9)에는 에어핀(공기빼기장치)(39)가 접속되어 있다.

또, 방열기(17)에는 배관(41)이 분기접속되어 있으며, 이 배관(41)에는 리서버밸브(43)을 통해서, 물 리서버탱크(45)가 접속되어 있다.

또, 방열기(17)에는 에어핀(47)이 접속되어 있고, 드레인밸브(49)가 접속되어 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는 냉매로서 에틸알콜(예를들면, 에탄올, 융점이 －114℃)등을 사용하면 좋다.

다음에 상기 스터링냉동기(1)의 구성을 도3 및 도4를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 스터링냉동기(1)에는 그 구동부로서 기존의 컴프레셔, 예를들면, 반밀폐형 컴프레셔를 사용하고 있으며, 우선 그 컴프레셔측으로부터 설명을 진행한다.

도3 및 도4에 도시하는 바와 같이, 50은 실린더(51)을 갖는 주물로 형성된 하우징이며, 이 하우징(50)내에는 구획벽(52)에 의해서 모터실(53)과 크랭크실(54)로 구획되고, 이 모터실(53)에는 전동요소(55)가, 크랭실(54)에는 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 기구부(56)이 각각 수용되어 있 다.

이 기구부(56)은 반밀폐형 컴프레셔로서 사용하는 경우는 압축요소로서 기능을 한다.

모터실(53)의 개방구 및 크랭크실(54)의 개방구는 각각 폐쇄부재(57)로 폐쇄되고, 이들 폐쇄부재(57)은 고기밀가스켓(58)을 끼워서 복수의 볼트(59)에 의해 하우징(50)에 고정되어 있다.

또, 고밀도 가스켓(58)은 각각의 부품접합부사이에 끼워서 밀폐를 하고 있다.

하우징(50)내에는 구획벽(52)의 축받이부(60)에 축지지된 크랭크샤프트(61)이 회전이 가능하게 배치되어 있다.

전동요소(55)는 하우징(50)의 모터실(53)의 내부둘레벽에 고정된 고정자(stator)(62)와 이 고정자(62)의 내부둘레측에 회전이 가능하게 배치된 회전자(63)으로 구성되고, 이 회전자(rotor)(63)의 중앙에 크랭크샤프트(61)이 고정되어 있다.

64는 단자박스로서, 전동요소(55)와 외부전원(도시하지 않음)을 접속하고 있다.

기구부(56)은 크랭크샤프트(61)의 크랭크실(54)내로 뻗은 크랭크부(65a), (65b)와, 이 크랭크부(65a),(65b)에 연결된 커넥트로드(connect rod)(66a), (66b)의 선단에 설치된 크로스가이드 헤드(67a),(67b)로 구성되며, 이후설명하게 되는 스터링냉동기부의 구동수단으로서 작용하고 있다.

또, 크랭크샤프트(61)에는 스터링냉동기부와의 균형을 잡아주는 균형추(balance weight)(61a),(61b)가 부착되어 있다.

크로스가이드 헤드(67a),(67b)는 하우징(50)의 실린더(51)의 내벽에 설치된 크로스가이드 라이너(68a),(68b)내를 왕복운동이 가능하게 배치되어 있다.

그리고, 실린더(51)은 크로스가이드 헤드(67a),(67b)를 안내하는 크로스가이드로서 기능을 하고 있다.

크랭크부(65a),(65b)는 90。의 위상차를 두고 형성되어 있다.

스터링냉동기부(69)는 하우징(50)의 크랭크실(54)의 상부에 압축실린더(70)과, 이 압축실린더의 위에 팽창실린더(71)을 배치하여 형성되어 있다.

압축실린더(70)은 하우징(50)에 볼트(72)로 고정되는 압축실린더블럭(73)과, 이 압축실린더블럭의 공간(74)내를 왕복으로 슬라이딩동작하여 이 공간을 압축공간(75)로하여 압축시켜서 고온실(76)으로하는 압축피스톤(77)과, 이 압축피스톤에 한끝을 고정하고, 다른 끝을 핀(78a)로 크로스가이드 헤드(67a)에 회전이 자유롭게 연결된 압축피스톤으로드(79)로 구성되어 있다.

공간(74)를 왕복운동하는 압축피스톤(77)은 상사점 및 하사점에서 슬라이딩동작방향이 반전하기 때문에, 속도가 제로로 되고, 상사점 및 하사점부근에서는 속도가 느리고 단위시간당 용적의 변화량도 작고, 하사점에서 상사점 및 상사점에서 하사점으로 향해서 이동할 때의 각각의 중간점에서 최고속도로 되며, 단위시간당의 피스톤의 이동에 의한 용적의 변화량도 최대로 된다.

팽창실린더(71)은 압축실린더(70)의 상부에 볼트(도시하지 않음)에 의해서 고정되는 팽창실린더블럭(80)과, 이 팽창실린더블럭의 공간(81)내를 왕복으로 슬라이딩동작하여 이 공간의 상부를 팽창공간(82)로하여 팽창시켜서 저온실(83)으로 함과 동시에, 하부를 작동공간(84)로하는 디스플레이서 피스톤(85)와, 이 디스플레이서 피스톤에 한끝을 고정하고, 다른끝을 압축실린더블럭(73)을 관통하여 핀(78b)에 의해 크로스가이드 헤드(67b)에 회전이 자유롭게 연결된 디스플레이서 피스톤으로드(86)으로 구성되어 있다.

디스플레이서 피스톤으로드(86)은 압축실린더블럭(73)의 관통구멍(87)에 축봉장치(88)을 끼워서 밀봉되어 있다.

압축피스톤(77)은 디스플레이서 피스톤(85)보다 90。위상이 늦도록 되어 있다.

또, 압축피스톤(77)과 디스플레이서 피스톤(85)와의 슬라이딩 동작면에는 각각 시일링(89)가 설치되어 있다.

압축실린더블럭(73)과 팽창실린더블럭(79)에는 압축공간(75)와 작동공간(84)를 연통하는 연통구멍(90)이 형성되어 있다.

팽창실린더블럭(80)에는 팽창공간(82)와 작동공간(84)를 연통하는 통로(91)이 형성되고, 이 통로에는 외부를 냉각시키는 쿨러(cooler)(92)와, 축냉기(93)과 라디에이터(94)(방열부15)가 차례로 설치되어 있다.

스터링냉동기(1)의 작동가스로서는 예를들면, 헬륨, 수소, 질소 등이 사용가능하며 실시예에서는 헬륨을 사용하고 있다.

다음에, 스터링냉동기(1)의 동작을 설명한다.

이 스터링냉동기는 「 1 디스플레이서 ＋ 1 피스톤, 열교환기 에뉼러(annular)배치 」로 구성되는 것이다.

먼저, 전동요소(55)에 의해 크랭크샤프트(61)이 회전하고, 크랭크실(54)내의 크랭크부(65a),(65b)가 90。위상을 어긋나게 하여 회전하고 있다.

이 크랭크부(65a),(65b)에 회전이 자유롭게 연결된 코넥트로드(66a),(66b)가 슬라이딩동작하여 이 코넥트로드의 선단에 설치된 크로스가이드 헤드(67a),(67b)가 실린더(51)에 설치된 크로스가이드 라이너(68a),(68b)내를 왕복슬라이딩 동작한다.

크로스가이드 헤드(67a)에 압축피스톤 로드(79)를 통해서 연결된 압축피스톤(77)에서 압축실린더블럭(63)내의 압축공간(65)의 작동가스는 압축피스톤(77)이 상사점을 향할 때에 압축되고, 연통구멍(90)에서 작동공간(84)내로 도입되고 있다.

이 작동공간(84)내로 도입된 작동가스는 크로스가이드 헤드(67b)에 디스플레이서 피스톤으로드(86)을 통해서 연결된 디스플레이서 피스톤(85)가 아랫방향으로 이동하므로서 라디에이터(94)에 배출된다.

그리고, 이 라디에이터(94)에서 외부로 방열된 작동가스는 축냉기(93)에서 냉각되어, 쿨러(92)를 통해서 팽창공간(82)내로 유입한다.

작동공간(84)와 팽창공간(82)는 디스플레이서 피스톤(85)의 이동방향에 따라서 작동가스가 이동하는 것 뿐이므로, 팽창공간(82)와 작동공간(84)의 사이의 이동으로서는 압력변동이 생기지 않는다.

즉, 디스플레이서 피스톤(85)만으로는 압축이나 팽창이 일어나지 않토록 되어 있다.

그리고, 디스플레이서 피스톤(85)가 하사점을 향해서 90。의 위치에서 속도가 최대일 때 압축피스톤은 상사점에 도달하고 속도가 제로로 된다.

그리고, 압축피스톤(77)이 하사점을 향해서 이동할 때의 속도가 늦고, 압축공간(75)내의 용적증대의 변화가 작은데 대하여 디스플레이서 피스톤(85)의 속도가 최대일 때 작동공간(84)와 팽창공간(82)의 용적변화가 크기 때문에, 작동공간(84)의 작동가스는 팽창공간(82)내로 이동한다.

또, 디스플레이서 피스톤(85)가 하사점부근이 되면, 팽창공간(82)내의 용적도 최대가 된다.

그때에, 압축피스톤(77)이 하사점을 향해서 중간위치의 회전각 90。부근의 위치로 되어 있으며 속도도 최대로 된다.

그 때문에, 압축공간(75)내의 작동가스가 팽창을 시작하여 이 작동가스의 압력이 저하하면, 팽창공간(82)내의 작동가스가 압축공간(75)내로 순간에 이동함과 동시에, 팽창을 시작하여 냉열이 발생한다.

팽창공간(82)내에서 냉각된 작동가스는 디스플레이서 피스톤(85)가 상사점으로 이동하여 팽창공간(82)가 축소되므로서 팽창공간(82)로부터 쿨러(92)로 배출되며, 쿨러(92)에서 냉매냉각부(11)과 열교환을 하여 냉각되고, 축냉기(93)에 축열하고, 라디에이터(94)에서 방열부(15)의 물과 열교환을 하여 작동공간(84)로 유입하며, 이 작동공간(84)에서 압축공간(75)로 연통구멍을 통해서 흡입된다.

이후, 위와 같은 사이클을 반복하여 스터링냉동기(1)에서 냉매냉각부(11)을 －30℃내지 －200℃의 초저온까지 냉각할 수 있도록 하고 있다.

압축피스톤(77)과 디스플레이서 피스톤(85)는 90。위상을 어긋나게 한다고 설명한 바 있으나, 60。∼120。정도의 위상차이를 두어도 스터링사이클기관으로서 기능을 한다.

냉매냉각부(11)에는 냉열냉매 배관(9)에 접속되는 입구배관(11a)와 출구배관(11b)가 설치되어 있다.

그리고, 냉열냉매 배관(9)를 통해서 냉열반송냉매(헬륨)가 냉동고(3) 및 냉매냉각부(11)(쿨러 92)사이에서 순환한다.

그때, 냉매는 냉매냉각부(11)에서 냉각되고, 냉열냉매 배관(9)를 통해서 냉동고(3)측으로 유통하고, 그것으로 냉동고(3)을 냉각한다.

냉동고(3)내를 유통한 냉매는 상기 냉매 냉각부(11)에 다시 되돌아와 그곳에서 냉각된다.

이하 동일한 사이클로 순환한다.

한편, 스터링냉동기(1)에 있어서는 방열부(15)(라디에이터94), 방열기(17)을 통해서 방열을 행하고 있다.

도 5에, 본 실시형태에 의한 스터링냉동장치의 풀다운특성을 나타낸다.

도5는 가로축에 시간(hr)을 잡고, 세로축에 냉동고(3)내의 온도를 잡아, 그 시간변화를 나타내고 있다.

다만, 헬륨(He)의 평균압력을 3 MPa, 스터링냉동기(1)의 회전수를 1200rpm, 냉각수온도를 34℃로 한다.

다음에 도6을 참조하여 본 발명의 제2의 실시형태를 설명한다.

상기 제1의 실시형태의 경우에는 스터링냉동기의 방열을 수냉식으로 하도록하였으나, 이 제2의 실시형태에서는 공냉에 의해서 하고 있다.

그 밖의 구성은 상기 제1의 실시형태와 동일하며, 동일부분에는 동일부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스터링냉동장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 발휘한다.

(1) 스터링냉동기를 사용하여 냉동장치를 구성하도록 한 것이므로 냉각부의 구성에 곤란을 받지 않고, 프론이외의 냉매로서 에틸알콜, 질소, 헬륨등의 냉매를 사용하므로서, 대용량의 냉동고에 대하여 냉매의 순환을 적절히 행하여 요구되는 온도레벨의 보냉이 가능한 냉동장치를 제공할 수가 있다.

따라서 특정프론(CFC)규제에 대응할 수 있고, 다랑어등의 식육이나 생물의 세포등 장기보존에 적합한 대형냉동고를 제공할 수 있다.

(2) 더욱이, 이 구성의 냉동고와 스터링냉동기의 양자에 걸쳐서 배설한냉열냉매 배관을 통해서 상기 냉매를 순환하도록 하여 적절하게 방열을 하는 구성으로 한 것으로서, 냉매를 직접 냉동실로 공급하는 경우와 같이 서리가 생기지 않고 냉매가 적절하게 순환, 방열되며, 성적계수도 높고, 에너지의 효율도 양호하다.

(3) 또한, 냉동기의 방열을 공냉식으로 하도록하면, 장치가 값싸게 구성될 수 있다.

Claims (3)

1. 냉동고(3)와, 스터링냉동기(1)와, 상기 냉동고(3)내에 배설됨과 동시에 상기 스터링냉동기(1)의 냉매냉각부(11)에 연장하여 배설되는 냉열냉매 배관(9)을 구비하여, 상기 스터링냉동기(1)의 구동에 의해서, 상기 냉열냉매 배관(9)을 통해서 상기 냉동고(3)와, 상기 냉매냉각부(11)내를 냉매가 순환하도록 한 것을 특징으로 하는 스터링냉동장치.
2. 제1항에 있어서,

   냉매로서, 에틸알콜, 또는 질소, 혹은 헬륨등, 액체 또는 기체를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 스터링냉동장치.
3. 제1항에 있어서,

   스터링냉동기(1)의 방열을 수냉식 또는 공냉식으로 하도록 한 것을 특징으로하는 스터링냉동장치.