KR20000007496A - Stirring freezer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스터링 냉동기에 관한 것으로, 본 발명의 스터링 냉동기는 피스톤과 디스플레이서와의 마찰저항을 최소화하도록 설치된 가스베어링을 개선한 스터링 냉동기의 가스베어링에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a stirling chiller, wherein the stirling chiller of the present invention relates to a gas bearing of a stirling chiller with an improved gas bearing installed to minimize frictional resistance between the piston and the displacer.
종래의 스터링 냉동기는 도 1에 도시된 바와 같이 외관을 이루는 케이스(10)를 구비하고, 케이스(10)의 일측에는 재생기(11)가 연통 설치된다. 그리고 케이스(10)의 내부에는 디스플레이서(20)와 피스톤(30)이 설치되며, 피스톤(30)의 작동을 위한 리니어 모터(14)와 디스플레이서(20)의 작동을 위한 공진스프링(15)이 설치된다.The conventional sterling refrigerator has a case 10 forming an appearance as shown in FIG. 1, and a regenerator 11 is provided in communication with one side of the case 10. In addition, the displacer 20 and the piston 30 are installed in the case 10, and the resonant spring 15 for operating the linear motor 14 and the displacer 20 for the operation of the piston 30 is provided. This is installed.
또한 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 외주면에는 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 왕복운동을 위한 디스플레이서 실린더(27)와 피스톤 실린더(36)가 설치되며 디스플레이서(20)는 피스톤(30)의 중간부를 관통하여 공진스프링(15)과 연결된 디스플레이서 축(21)을 구비하고 있다. 그리고 피스톤(30)과 리니어 모터(14) 사이에는 피스톤(30)의 구동을 위한 구동축(37)이 설치되어 있다.In addition, a displacer cylinder 27 and a piston cylinder 36 for reciprocating the displacer 20 and the piston 30 are installed on the outer circumferential surfaces of the displacer 20 and the piston 30. The displacer shaft 21 penetrates the middle portion of the piston 30 and is connected to the resonant spring 15. A drive shaft 37 for driving the piston 30 is provided between the piston 30 and the linear motor 14.
그리고 피스톤(30)의 디스플레이서 축(21)이 관통하는 부분에는 축(21)의 원활한 움직임과 피스톤(30)과 디스플레이서(20) 사이의 압축공간(12)의 압축 가스가 유출되는 것을 방지하기 위한 실베어링(16)이 설치된다.And the portion through which the displacer shaft 21 of the piston 30 penetrates smoothly of the shaft 21 and prevents the compressed gas of the compressed space 12 between the piston 30 and the displacer 20 from flowing out. The seal bearing 16 is installed.
한편 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 사이에는 전술한 압축공간(12)이 형성되고, 디스플레이서(20)의 전방, 즉 케이스(10)와의 사이에는 팽창공간(13)이 마련된다.Meanwhile, the aforementioned compression space 12 is formed between the displacer 20 and the piston 30, and an expansion space 13 is provided in front of the displacer 20, that is, between the case 10.
그리고 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 내부에는 가스 충진공간(22)(31)이 형성되며, 이 충진공간(22)(31)으로 가스가 유입될 수 있도록 각각의 유입홀(23)(32)과 이 유입홀(23)(32)을 제어하도록 압축시 개방되는 디스플레이서 밸브(24)와 피스톤 밸브(33)가 각각 설치되어 있다.In addition, gas filling spaces 22 and 31 are formed in the displacer 20 and the piston 30, and each inflow hole 23 allows gas to flow into the filling spaces 22 and 31. (32) and a displacer valve (24) and a piston valve (33) which are opened during compression to control the inflow holes (23) and (32) are provided, respectively.
그리고 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 외주면에는 디스플레이서 실린더(27)와 피스톤 실린더(36)의 내주면과 연통하는 가스베어링홀(25)(34)과 가스베어링홈(26)(35)이 각각 형성되어 있다.On the outer circumferential surfaces of the displacer 20 and the piston 30, gas bearing holes 25 and 34 and gas bearing grooves 26 and 35 communicating with the inner circumferential surfaces of the displacer cylinder 27 and the piston cylinder 36 are provided. These are formed, respectively.
이상과 같이 구성된 종래의 스터링 냉동기의 작동은 리니어 모터(14)에 전원이 인가되면 피스톤 실린더(36) 내부에 조립된 피스톤(30)이 왕복운동을 하게 되고, 피스톤(30)이 왕복운동을 함에 따라 디스플레이서 실린더(27) 내부에 위치한 디스플레이서(20)가 피스톤(30)과 일정한 위상각을 갖고 왕복운동을 하게 된다.In the operation of the conventional sterling refrigerator configured as described above, when power is applied to the linear motor 14, the piston 30 assembled inside the piston cylinder 36 is reciprocated, and the piston 30 reciprocates. Accordingly, the displacer 20 located inside the displacer cylinder 27 has a constant phase angle with the piston 30 to reciprocate.
이러한 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 좌우 구동시 압축공간(12)을 통하여 전술한 각각의 충진공간(22)(31)으로 각각의 밸브(24)(33)를 통하여 가스가 유입되게 되고, 계속해서 유입된 가스는 가스베어링홀(25)(34)을 통하여 가스베어링홈(26)(35)에 충진됨으로써 가스 베어링의 기능을 하여 디스플레이서(20)와 피스톤(30)의 좌우 구동을 원활히 하도록 돕게 된다.When the displacer 20 and the piston 30 are driven left and right, gas is introduced into each of the filling spaces 22 and 31 through the valves 24 and 33 through the compression space 12. Subsequently, the introduced gas is filled into the gas bearing grooves 26 and 35 through the gas bearing holes 25 and 34 to function as a gas bearing so that the displacer 20 and the piston 30 are driven left and right. It will help to smoothly.
그러나 종래의 스터링 냉동기에서의 가스베어링 구조는 디스플레이서(20)와 피스톤(30)에 각각 별도의 가스베어링용 밸브(24)(33)가 각각 설치됨으로 해서 밸브(24)(33)의 유동손실이 발생하게 되고, 밸브(24)(33) 재료비와 조립공정상의 문제점을 발생시키게 되며, 만약 피스톤(30)측 밸브(33)가 손상되게 되면 피스톤(30)에서의 가스베어링은 그 기능을 완전히 상실하게 되는 문제점이 있었다.However, the gas bearing structure of the conventional sterling refrigerator has a flow loss of the valves 24 and 33 because the gas bearing valves 24 and 33 are respectively installed on the displacer 20 and the piston 30, respectively. This results in material costs and problems in the assembly process of the valves 24 and 33, and if the valve 33 on the piston 30 is damaged, the gas bearings in the piston 30 completely function. There was a problem of being lost.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 스터링 냉동기의 효율향상을 위해 피스톤과 디스플레이서의 기계적 마찰손실을 최소화하며, 가스베어링의 원활한 운전이 가능하게 하도록 가스베어링용 밸브의 유동손실을 최소화 한 스터링 냉동기를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-described problems, the present invention to minimize the mechanical friction loss of the piston and the displacer to improve the efficiency of the sterling refrigerator, the flow loss of the valve for the gas bearing to enable the smooth operation of the gas bearing Minimize one stir freezer.
도 1은 종래의 스터링 냉동기를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional sterling refrigerator.
도 2는 본 발명에 따른 스터링 냉동기를 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a sterling refrigerator according to the present invention.
도 3은 도 2의 A부를 확대 도시한 도면이다.3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2.
도 4는 본 발명에 따른 스터링 냉동기의 압축운전 상태를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a compression operation state of the Stirling refrigerator according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 스터링 냉동기의 팽창운전 상태를 나타낸 도면이다.5 is a view showing an expansion operation state of the Stirling refrigerator according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100...케이스 110...재생기100 ... case 110 ... player
120...압축공간 130...팽창공간120 ... compression space 130 ... expansion space
160...실베어링 160a...충진홀160 ... Thread Bearing 160a ... Filling Hole
160b...충진홈 200...디스플레이서160b ... filling groove 200 ... display
210...디스플레이서 축 220...디스플레이서 충진공간210 ... display shaft 220 ... display filling space
280...안내유로 300...피스톤280 ... Euro 300 ... Piston
310...피스톤 충진공간 340...피스톤 실린더310 ... piston filling space 340 ... piston cylinder
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외관을 이루는 내부에 리니어 모터가 설치된 케이스, 상기 케이스의 내부에 설치된 디스플레이서, 상기 디스플레이서의 일측에 설치된 피스톤, 상기 피스톤을 관통하여 연장된 디스플레이서 축, 상기 축과 상기 피스톤의 관통부분 사이에 설치되어 실베어링, 상기 디스플레이서와 상기 피스톤의 내부에 형성된 가스 충진공간, 상기 가스 충진공간과 연통되며 상기 디스플레이서와 피스톤의 외주면에 형성된 가스베어링홈, 상기 디스플레이서 내부로 가스가 유입되도록 형성된 유입홀, 상기 유입홀을 개폐하는 밸브를 구비한 스터링 냉동기에 있어서, 상기 축에는 상기 디스플레이서 충진공간과 상기 피스톤 충진공간을 연통시켜 상기 디스플레이서 충진공간의 가스가 상기 피스톤 충진공간으로 유입되도록 안내하는 안내유로가 형성된 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a case in which a linear motor is formed in an inner shape of the case, a displacer installed in the case, a piston installed on one side of the displacer, a displacer shaft extending through the piston, A gas bearing groove installed between the shaft and the through portion of the piston to communicate with the seal bearing, a gas filling space formed inside the displacer and the piston, and a gas filling space and formed on an outer circumferential surface of the displacer and the piston; In a Stirling refrigerator having an inlet hole formed to introduce gas into a displacer, and a valve for opening and closing the inlet hole, the shaft communicates the displacer filling space and the piston filling space to the gas of the displacer filling space. Does not flow into the piston filling space To the guide flow path it is formed.
그리고 실베어링에는 상기 안내유로를 통하여 안내된 가스가 상기 충진공간으로 안내되도록 하기 위한 충진홀이 형성되고, 또한, 상기 실베어링의 상기 충진홀의 주변부에는 상기 안내유로를 통하여 안내된 가스가 충진되는 충진홈이 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, a filling hole is formed in the thread bearing for guiding the gas guided through the guide passage to the filling space, and a filling portion in which the gas guided through the guide passage is filled in the periphery of the filling hole of the seal bearing. A groove is formed.
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, one preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 스터링 냉동기를 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 A부를 확대 도시한 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 스터링 냉동기의 압축운전 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 스터링 냉동기의 팽창운전 상태를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a sterling refrigerator according to the present invention, Figure 3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4 is a view showing a compression operation state of the sterling refrigerator according to the present invention, Figure 5 is a view showing an expansion operation state of the sterling refrigerator according to the present invention.
본 발명의 스터링 냉동기는 도 2에 도시된 바와 같이 외관을 이루는 일측에 재생기(110)가 연통된 케이스(100)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the Stirling refrigerator of the present invention includes a case 100 in which a regenerator 110 is communicated with one side of the exterior.
이 케이스(100)의 내부에는 좌측으로부터(도면상에서) 소정공간의 팽창공간(130)이 형성되고, 계속해서 디스플레이서(200)가 설치되며, 디스플레이서(200)의 외측에는 디스플레이서 실린더(270)가 마련된다.Inside the case 100, an expansion space 130 of a predetermined space is formed from the left side (on the drawing), and the displacer 200 is continuously installed, and the displacer cylinder 270 outside the displacer 200. ) Is provided.
또한, 디스플레이서(200)는 우측으로 연장되어 있는 디스플레이서(200)축(210)을 구비하고, 이 디스플레이서 축(210)의 우측단부에는 공진스프링(150)이 설치되어 있다. 그리고 디스플레이서 축(210)의 외주에는 피스톤(300)이 설치되며, 따라서 디스플레이서 축(210)은 피스톤(300)을 관통하여 설치된 형상이다. 그리고 피스톤(300)의 우측에는 리니어 모터(140)가 피스톤(300)과 구동축(370)에 의해 연결되어 설치되어 있다.In addition, the displacer 200 includes a displacer 200 shaft 210 extending to the right side, and a resonance spring 150 is provided at the right end of the displacer shaft 210. And the piston 300 is installed on the outer periphery of the displacer shaft 210, and thus the displacer shaft 210 has a shape installed through the piston (300). The linear motor 140 is connected to the right side of the piston 300 by the piston 300 and the drive shaft 370.
또한, 피스톤(300)과 디스플레이서(200) 사이에는 압축공간(120)이 형성되며, 피스톤(300)의 외주에는 피스톤 실린더(340)가 설치된다. 그리고 디스플레이서 축(210)과 피스톤(300)의 내주면 사이에는 실베어링(160)이 설치된다. 한편 재생기(110)는 압축공간(120)과 팽창공간(130)에 각각 연통되어 있다.In addition, a compression space 120 is formed between the piston 300 and the displacer 200, and a piston cylinder 340 is installed on the outer circumference of the piston 300. The seal bearing 160 is installed between the displacer shaft 210 and the inner circumferential surface of the piston 300. On the other hand, the regenerator 110 is in communication with the compression space 120 and the expansion space 130, respectively.
이러한 디스플레이서(200)와 피스톤(300)의 내부에는 가스 충진공간(220)(310)이 형성되며, 이 충진공간(220)(310)과 연통되며 디스플레이서(200)와 피스톤(300)의 외주면으로 관통 형성된 가스베어링홀(250)(320)이 형성된다.Gas discharging spaces 220 and 310 are formed in the displacer 200 and the piston 300. The gas discharging spaces 220 and 310 are formed in communication with the displacer 200 and the piston 300. Gas bearing holes 250 and 320 formed through the outer circumferential surface are formed.
그리고 디스플레이서(200)의 압축공간(120)과 접하는 면에는 가스 유입홀(230)이 형성되며, 이 유입홀(230)의 내측으로는 가스 유입을 제어하는 체크밸브(240)가 설치된다.In addition, a gas inlet hole 230 is formed at a surface of the displacer 200 in contact with the compression space 120, and a check valve 240 for controlling gas inflow is installed inside the inlet hole 230.
또한 디스플레이서(200)의 가스 충진공간(220)과 피스톤(300)의 가스 충진공간(310)을 연통하도록 디스플레이서(200)의 축(210)에 안내유로(280)가 형성되며, 이 안내유로(280)는 디스플레이서(200)로부터 연장되어 실베어링(160) 까지 연장되어 있다.In addition, the guide passage 280 is formed on the shaft 210 of the displacer 200 to communicate the gas filling space 220 of the displacer 200 and the gas filling space 310 of the piston 300. The flow path 280 extends from the displacer 200 and extends to the thread bearing 160.
그리고 실베어링(160)의 안내유로(280)와 연통하는 부분에는 안내유로(280)와 피스톤(300)측 가스 충진공간(310)을 연통시키는 가스충진홀(160a)이 형성되어 있고, 가스충진홀(160a)의 입구와 출구의 주변부에는 가스충진홈(160b)이 형성되어 있다.In addition, a gas filling hole 160a for communicating the guide passage 280 and the gas filling space 310 on the piston 300 side is formed at a portion communicating with the guide passage 280 of the seal bearing 160, and gas filling is performed. The gas filling groove 160b is formed at the periphery of the inlet and the outlet of the hole 160a.
이 가스충진홈(160b)은 디스플레이서(200)와 피스톤(300)의 왕복운동으로 안내유로(280)와 가스충진홀(160a)이 서로 어긋날 경우 가스충진홈(160b)으로부터 가스가 지속적으로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다.(도 3참조)The gas filling groove 160b continuously flows gas from the gas filling groove 160b when the guide passage 280 and the gas filling hole 160a are displaced by the reciprocating motion of the displacer 200 and the piston 300. To be able to do so (see Figure 3).
이하에서는 도 4와 도 5를 참조하여 스터링 냉동기의 압축운동과 팽창운전시 가스의 유동을 설명하기로 한다.Hereinafter, the flow of gas during compression movement and expansion operation of the Stirling refrigerator will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
먼저 압축운전은 도 4에 도시된 바와 같이 디스플레이서(200)가 리니어 모터(140)에 의하여 후진운동을 하게된다. 이로 인해 압축공간(120)에서 압축이 실행되는데, 이때의 압축으로 디스플레이서(200)의 체크밸브(240)는 개방되게 되고, 따라서 가스 유입홀(230)을 통하여 디스플레이서(200) 충진공간(220)으로 가스가 유입되게 된다.First, in the compression operation, as shown in FIG. 4, the displacer 200 moves backward by the linear motor 140. As a result, the compression is performed in the compression space 120. At this time, the check valve 240 of the displacer 200 is opened by the compression, and thus the filling space of the displacer 200 is filled through the gas inlet hole 230. Gas is introduced into the 220.
이 디스플레이서(200) 충진공간(220)으로 유입된 가스는 디스플레이서 축(210)의 안내유로(280)를 통하여 안내되어 피스톤(300)의 충진공간(310)으로 유입된다. 그리고 계속해서 가스는 안내유로(280)의 출구에서 실베어링(160)의 충진홀(160a)과 충진홈(160b)을 통하여 안내된다.The gas introduced into the filling space 220 of the displacer 200 is guided through the guide passage 280 of the displacer shaft 210 and introduced into the filling space 310 of the piston 300. Subsequently, gas is guided through the filling hole 160a and the filling groove 160b of the thread bearing 160 at the outlet of the guide passage 280.
이때 안내유로(280)의 출구와 충진홀(160a)의 입구는 서로 교차하여 있지만 충진홈(160b)을 통하여 지속적인 연통상태를 유지하게 되며, 이로 인해 가스의 유통은 원활히 이루어진다.At this time, the outlet of the guide passage 280 and the inlet of the filling hole 160a intersect with each other, but maintain a continuous communication state through the filling groove 160b, thereby smoothly distributing gas.
따라서 이러한 디스플레이서(200) 충진공간(220)과 피스톤(300)의 충진공간(310)에서의 가스는 가스충진홀(160a)과 가스충진홈(160b)을 통하여 디스플레이서(200)와 피스톤(300)의 외주면에서의 가스베어링 작용을 수행하게 되는 것이다.Therefore, the gas in the displacer 200, the filling space 220 and the filling space 310 of the piston 300, passes through the gas filling hole 160a and the gas filling groove 160b. It is to perform the gas bearing action on the outer peripheral surface of 300).
한편 도 5에 도시된 바와 같이 팽창행정시에는 압축공간(120)의 압력이 떨어져 체크밸브(240)가 닫히게 되고, 이로 인해 더 이상의 가스는 디스플레이서(200) 충진공간(220)으로 유입되지 않는다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, in the expansion stroke, the pressure in the compression space 120 drops and the check valve 240 is closed, so that no more gas flows into the filling space 220 of the displacer 200. .
그러나 디스플레이서(200)와 피스톤(300)의 충진공간(220)(310) 내부에는 적정상태의 압력과 가스가 채워져 있는 상태이므로 계속적인 작동으로 가스베어링의 기능은 지속적으로 유지된다.However, since the displacer 200 and the filling spaces 220 and 310 of the piston 300 are filled with the appropriate pressure and gas, the function of the gas bearing is continuously maintained by continuous operation.
이상과 같은 본 발명에 따른 스터링 냉동기는 종래의 피스톤에 설치된 가스베어링용 밸브가 불필요하며 디스플레이서에 설치된 밸브만으로 디스플레이서와 피스톤의 가스베어링 운전이 가능하도록 함으로써 밸브에 의한 유동손실을 줄일 수 있고, 이에 따른 냉동기의 운전효율 향상과 재료비 절감, 그리고 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the Stirling Refrigerator according to the present invention does not require a valve for a gas bearing installed in a conventional piston, and can reduce the flow loss caused by the valve by enabling the gas bearing operation of the displacer and the piston only by the valve installed in the displacer. Accordingly, there is an effect of improving the operating efficiency of the refrigerator, reducing material costs, and improving workability.
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