KR20000014367A - Heat exchanger of stirring machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스터링기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작동유체 및 외부 열전달 매체와 열교환을 하는 열교환기의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a stirling device, and more particularly, to a structure of a heat exchanger that exchanges heat with a working fluid and an external heat transfer medium.
일반적으로 스터링기기는 헬륨 또는 수소 등의 작동유체(Working Gas)가 압축될 때 온도가 상승되고, 팽창될 때 온도가 떨어지는 원리를 이용하여 냉동출력 또는 난방출력을 발생시키는 장치이다.In general, a sterling device is a device that generates a refrigeration output or a heating output using the principle that the temperature rises when the working gas such as helium or hydrogen is compressed and the temperature drops when the working gas is expanded.
여기에서 냉동출력을 발생시키는 종래의 스터링기기는 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(1) 내부에 마련된 실린더(2)의 내부를 왕복 운동하는 피스톤(3)과, 실린더(2)의 내부공간을 구획하는 동시에 상기 피스톤(3)의 운동에 의해 피스톤(3)과 소정의 위상차를 가지고 왕복운동을 하는 디스플레이서(4)가 구비된다. 이때, 디스플레이서(4)는 일단부가 공진스프링(5)에 고정되고 피스톤(3)의 중심부를 관통하는 지지봉(6)에 고정되어 지지된다.Here, the conventional sterling apparatus for generating a refrigeration output, as shown in Figure 1, the piston 3 for reciprocating the inside of the cylinder 2 provided in the main body 1, and the inner space of the cylinder 2 And a displacer 4 which reciprocates with a predetermined phase difference with the piston 3 by the movement of the piston 3. At this time, the displacer 4 is fixed to and supported by a support rod 6 whose one end is fixed to the resonant spring 5 and penetrates the central portion of the piston 3.
또한, 실린더(2)의 외면 일측에는 피스톤(3)을 강제 운동시키는 리니어모터(7)가 설치되고, 실린더(2)의 타측에는 디스플레이서(4)에 의해 구획된 실린더(2)의 좌우공간을 연통시켜 유로(8)를 형성하도록 일단부가 폐쇄된 원통상의 케이스(9)가 설치된다.In addition, a linear motor 7 for forcibly moving the piston 3 is provided on one side of the outer surface of the cylinder 2, and the left and right spaces of the cylinder 2 partitioned by the displacer 4 are provided on the other side of the cylinder 2. The cylindrical case 9 with one end closed is provided so that the flow path 8 may be communicated with each other.
그리고 이 케이스(9)에는 유로(8)를 통과하는 작동유체가 열교환이 되도록 저온부 열교환기(10)와 고온부 열교환기(11)가 설치되며, 두 열교환기(10,11) 사이에 재생기(12)가 설치된다. 또한, 실린더(2)의 외벽에는 고온부 열교환기(11)를 지난 작동유체가 피스톤(3)과 디스플레이서(4) 사이의 공간으로 유입될 수 있도록 다수의 유통공(13)이 형성된다.The case 9 is provided with a low temperature part heat exchanger 10 and a high temperature part heat exchanger 11 so that the working fluid passing through the flow path 8 is heat exchanged, and a regenerator 12 between the two heat exchangers 10 and 11. ) Is installed. In addition, a plurality of flow holes 13 are formed on the outer wall of the cylinder 2 so that the working fluid passing through the hot part heat exchanger 11 can flow into the space between the piston 3 and the displacer 4.
이와 같이 구성된 종래 스터링기기는 리니어모터(7)의 구동에 의해 피스톤(3)이 왕복운동을 하게 되면 디스플레이서(4)가 소정의 위상차를 가지고 왕복운동되면서 실린더(2)의 내부에 채워진 작동유체의 압축과 팽창이 이루어진다. 이때, 디스플레이서(4)와 피스톤(3)은 소정의 위상차를 가지고 운동을 하기 때문에, 실린더(2)의 내부공간은 피스톤(3)과 디스플레이서(4) 사이의 공간이 대체로 압축공간(14)을 이루고, 디스플레이서(4)와 실린더(2)의 일측 단부 사이의 공간이 대체로 팽창공간(15)을 이루게 된다.In the conventional sterling device configured as described above, when the piston 3 reciprocates by the driving of the linear motor 7, the displacer 4 reciprocates with a predetermined phase difference and is filled with the inside of the cylinder 2. Compression and expansion takes place. At this time, since the displacer 4 and the piston 3 move with a predetermined phase difference, the space between the piston 3 and the displacer 4 generally has a compression space 14. ), And the space between the displacer 4 and one end of the cylinder 2 generally constitutes the expansion space 15.
즉, 팽창공간(15)에서 팽창된 저온의 작동유체가 저온부 열교환기(10), 재생기(12), 고온부 열교환기(11)를 거쳐 압축공간(14)으로 유입되면서 열교환이 되게 되고, 다시 압축공간(14)에서 압축된 고온의 작동유체가 역으로 흐르면서 열교환이 되게 된다. 즉, 스터링기기는 작동유체가 팽창될 때 저온부 열교환기(10) 주변의 열이 흡수되어 저온부 열교환기(10) 주위에서 냉동출력이 발생되게 된다.That is, the low-temperature working fluid expanded in the expansion space 15 enters the compression space 14 through the low temperature heat exchanger 10, the regenerator 12, and the high temperature heat exchanger 11, thereby performing heat exchange, and then compressing again. The high-pressure working fluid compressed in the space 14 flows in reverse to become a heat exchanger. In other words, when the working fluid is expanded, the Stirling machine absorbs heat around the low temperature part heat exchanger 10 to generate a freezing output around the low temperature part heat exchanger 10.
한편, 이러한 종래 스터링기기의 열교환기(10,11)는 도 2에 도시된 바와 같이, 유로(8)를 형성하는 케이스(9)의 내측에 마련되는 내측 열교환부(10a)와, 케이스(9)의 외측에 마련되는 외측 열교환부(10b)로 구성되어 있다.(여기에서 저온부 열교환기와 고온부 열교환기는 동일한 구조이므로 저온부 열교환기를 기준으로 설명한다.)Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the heat exchangers 10 and 11 of the conventional sterling apparatus include an inner heat exchanger 10a and a case 9 provided inside the case 9 forming the flow path 8. It is composed of an outer heat exchanger (10b) provided on the outside of (). Here, since the low temperature part heat exchanger and the high temperature part heat exchanger have the same structure, the low temperature part heat exchanger will be described.
내측 열교환부(10a)는 케이스(9)의 내면과 실린더(2)의 외면사이의 공간에 위치되고, 얇은 판재가 케이스(2)의 내면을 따라 다수회 번갈아 절곡된 주름관으로 구성되어 있다. 이때 주름관은 작동유체의 유통이 원활하도록 유체의 흐름 방향으로 다수의 골이 형성되어 있다. 그리고 외측 열교환부(10b)는 케이스(9)의 외면에 고정되는데, 링 형상의 냉각핀(10b)이 상호 이격된 공간을 유지하도록 적층되어 있다. 그리고 이러한 내측 열교환부(10a)와 외측 열교환부(10b)는 케이스(9)의 내·외면에 솔더링, 브레이징, 압입 등의 방법을 통해 고정되어 있다.The inner heat exchange part 10a is located in the space between the inner surface of the case 9 and the outer surface of the cylinder 2, and consists of a corrugated pipe in which a thin plate is alternately bent along the inner surface of the case 2. At this time, the corrugated pipe is formed with a plurality of bones in the flow direction of the fluid to facilitate the flow of the working fluid. And the outer heat exchanger (10b) is fixed to the outer surface of the case (9), the ring-shaped cooling fins (10b) are laminated so as to maintain the spaced apart from each other. The inner heat exchanger 10a and the outer heat exchanger 10b are fixed to the inner and outer surfaces of the case 9 by soldering, brazing, pressing, or the like.
이러한 종래 열교환기는 내측 열교환부(10a)에 작동유체의 열이 전해지면, 이 열은 케이스(9)와 외측 열교환부(10b)로 전도되어 열교환 매체인 외부 공기 또는 냉각수 등과 열교환을 하게 된다.When the heat of the working fluid is transmitted to the inner heat exchanger 10a, the heat exchanger conducts heat to the case 9 and the outer heat exchanger 10b to exchange heat with external air or cooling water, which is a heat exchange medium.
그러나, 이와 같이 구성된 종래 스터링기기의 열교환기(10,11)는 내측 열교환부(10a)와 케이스(9), 그리고 외측 열교환부(10b)가 상호 결합되어 구성되기 때문에 이들의 결합부위에서 열전달 저항이 커지게 되어 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있었다.However, since the heat exchangers 10 and 11 of the conventional sterling apparatus configured as described above are constituted by the inner heat exchanger 10a, the case 9, and the outer heat exchanger 10b coupled to each other, heat transfer resistances at their coupling portions. This becomes large and there is a problem that the heat exchange efficiency is lowered.
또한, 종래 스터링기기의 열교환기는 내측 열교환부(10a)와 외측 열교환부(10b)가 별도로 제작되어 케이스(9)의 내·외측 표면에 고정이 되기 때문에, 이들을 조립하는데 작업공수가 많아질 뿐만 아니라 내측 열교환부(10a)의 설치 및 고정이 힘든 문제가 있었다.In addition, since the heat exchanger of the conventional sterling machine is made of the inner heat exchanger 10a and the outer heat exchanger 10b separately and fixed to the inner and outer surfaces of the case 9, not only does it increase the workmanship for assembling them. There was a problem that the installation and fixing of the inner heat exchanger (10a) is difficult.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 작동유체 및 열교환 매체와 열교환을 하는 열교환기의 구조를 개선하여, 내측 열교환부로부터 외측 열교환부로의 열전달 성능이 향상되어 열교환 효율이 높아질 뿐만 아니라 열교환기의 제작 및 설치가 용이한 스터링기기의 열교환기를 제공하는 것이다.The present invention is to solve such a problem, an object of the present invention is to improve the structure of the heat exchanger for heat exchange with the working fluid and the heat exchange medium, the heat transfer performance from the inner heat exchanger to the outer heat exchanger to improve the heat exchange efficiency It is to provide a heat exchanger of the Stirling machine not only high but also easy to manufacture and install the heat exchanger.
도 1은 종래 스터링기기의 개략적인 내부 구조를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic internal structure of a conventional sterling apparatus.
도 2는 종래 스터링기기의 열교환기 구조를 보인 사시도이다.Figure 2 is a perspective view showing a heat exchanger structure of a conventional sterling apparatus.
도 3은 본 발명에 따른 스터링기기의 개략적인 내부 구조를 보인 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a schematic internal structure of the sterling apparatus according to the present invention.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 스터링기기의 열교환기 구조를 보인 사시도이다.4a and 4b are perspective views showing the heat exchanger structure of the Stirling machine according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20: 본체, 21: 실린더,20: main body, 21: cylinder,
22: 리니어모터, 23: 피스톤,22: linear motor, 23: piston,
24: 디스플레이서, 26: 지지봉,24: displacer, 26: support rod,
27: 공진스프링, 28: 유로,27: resonant spring, 28: flow path,
30: 재생기, 31: 케이스,30: player, 31: case,
32: 압축공간, 33: 팽창공간,32: compression space, 33: expansion space,
34: 유통공, 40: 저온부 열교환기,34: distributor, 40: low temperature heat exchanger,
40a: 내측 열교환부, 40b: 외측 열교환부,40a: inner heat exchanger, 40b: outer heat exchanger,
41: 열교환판, 43,44: 관통공41: heat exchange plate, 43, 44: through hole
50: 고온부 열교환기.50: high temperature heat exchanger.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 작동유체를 압축 또는 팽창시키는 디스플레이서 및 피스톤이 설치되어 상기 작동유체가 압축되는 압축공간과 상기 작동유체가 팽창되는 팽창공간이 형성된 실린더와, 상기 실린더에 충진된 작동유체가 상기 압축공간 및 상기 팽창공간으로 자유롭게 흐를 수 있도록 상기 실린더의 외측에 형성되어 상기 두 공간을 연통시키는 유로와, 상기 유로에 흐르는 상기 작동유체 및 외부 열교환 매체와 열교환을 하는 열교환기를 구비하는 스터링기기에 있어서,The present invention for achieving the above object is a cylinder having a displacer and a piston for compressing or expanding the working fluid therein is provided a compression space in which the working fluid is compressed and an expansion space in which the working fluid is expanded; The working fluid filled in the cylinder is formed on the outside of the cylinder so as to flow freely into the compression space and the expansion space to exchange heat with the flow path for communicating the two spaces, the working fluid flowing through the flow path and the external heat exchange medium. In a Stirling device comprising a heat exchanger,
일측이 상기 작동유체와 열교환을 하도록 상기 유로의 내측에 위치되어 내측 열교환부를 이루고 타측이 외부 열교환 매체와 열교환을 하도록 상기 유로의 외측에 위치되어 외측 열교환부를 이루는 다수의 열교환판이 상기 실린더의 길이 방향으로 적층되어 마련되고, 상기 내측 열교환부에는 상기 작동유체의 흐름이 원활하도록 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 구성이다.One side is located inside the flow path to exchange heat with the working fluid to form an inner heat exchanger and the other side is located outside the flow path to exchange heat with an external heat exchange medium to form an outer heat exchanger in the longitudinal direction of the cylinder It is laminated and provided, and the inner heat exchange part is characterized in that a plurality of through-holes are formed to facilitate the flow of the working fluid.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 스터링기기의 개략적인 내부 구조를 보인 단면도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 열교환기의 구조를 보인 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 3 is a cross-sectional view showing a schematic internal structure of the sterling apparatus according to the present invention, Figures 4a and 4b shows the structure of a heat exchanger according to the present invention.
본 발명에 따른 스터링기기는 이에 도시된 바와 같이, 본체(20)의 내부에 양단이 개방된 원통상의 실린더(21)가 마련되고, 실린더(21)의 내부 일측에는 리니어모터(22)의 구동에 의해 왕복운동 되는 피스톤(23)이 설치된다. 또한, 실린더(21)의 내부 타측에는 실린더(21)의 내부공간을 구획하는 동시에, 피스톤(23)의 운동에 의해 피스톤(23)과 소정의 위상차를 가지고 왕복운동을 하는 디스플레이서(24)가 설치된다.As shown in the present invention, the Stirling apparatus is provided with a cylindrical cylinder 21 having both ends open inside the main body 20, and the linear motor 22 is driven on one side of the cylinder 21. The piston 23 is reciprocated by the installation. In addition, the displacer 24 which partitions the inner space of the cylinder 21 on the other side of the cylinder 21 and reciprocates with a predetermined phase difference with the piston 23 by the movement of the piston 23 is provided. Is installed.
여기에서 상기 리니어모터(22)는 피스톤(23)이 설치된 쪽의 실린더(21)의 외면과 본체(20)의 내면 사이의 공간부에 설치되는데, 실린더(21)의 외측에 고정되며 코일이 권선된 내측코어(22a)와, 본체(20)의 내면에 고정되는 외측코어(22b)가 상호 이격되게 설치되고, 이 이격된 공간 사이에는 이들과 상호작용을 통해 왕복운동을 하게 되는 마그네트(22c)가 설치된다. 이때 마그네트(22c)는 원통상의 지지구(25)에 지지가 되며, 지지구(25)의 일단부는 피스톤의 단부에서 연장된 고정부(23a)에 고정이 된다. 따라서 리니어모터(22)가 구동이 되면 피스톤(23)이 왕복운동을 하게 된다.Here, the linear motor 22 is installed in the space portion between the outer surface of the cylinder 21 on the side where the piston 23 is installed and the inner surface of the main body 20, which is fixed to the outside of the cylinder 21, the coil is wound The inner core 22a and the outer core 22b fixed to the inner surface of the main body 20 are installed to be spaced apart from each other, and the magnet 22c is reciprocated by interacting with these spaced spaces. Is installed. At this time, the magnet 22c is supported by the cylindrical support 25, and one end of the support 25 is fixed to the fixing portion 23a extending from the end of the piston. Accordingly, when the linear motor 22 is driven, the piston 23 reciprocates.
그리고, 상기 디스플레이서(24)는 길이가 긴 지지봉(26)에 고정이 되는데, 이 지지봉(26)은 피스톤(23)의 중심부에 형성된 중공부를 관통하여 길게 연장되며, 연장된 단부는 본체(20)의 내부에 고정된 공진스프링(27)에 고정이 된다. 즉, 디스플레이서(24)는 지지봉(26)과 공진스프링(27)에 의해 지지되게 된다.In addition, the displacer 24 is fixed to a long supporting rod 26, which is extended long through a hollow formed in the center of the piston 23, the extended end is the main body 20 It is fixed to the resonant spring 27 fixed inside the. That is, the displacer 24 is supported by the support rod 26 and the resonant spring 27.
또한, 상기 실린더(21)의 타측 외면에는 상기 디스플레이서(24)에 의해 구획된 실린더(21)의 좌우공간이 연통시키는 유로(28)를 형성하는 동시에, 이 유로(28)를 통과하는 작동유체(수소, 헬륨 등)가 열교환이 되도록 저온부 열교환기(40)와 고온부 열교환기(50)가 상호 이격되게 설치되며, 두 열교환기(40,50) 사이에는 열을 저장하는 축열재의 역할을 하는 재생기(30)가 설치된다. 그리고 이 유로(28)와 실린더(21)의 양측 내부공간(32,33)이 연통된 상태에서 밀폐구조를 이루도록 재생기(30)의 외면과 실린더(21)의 머리부에는 케이스(31)가 설치된다. 또한, 실린더(21)의 외벽 중앙부에는 고온부 열교환기(50)를 지난 작동유체가 피스톤(23)과 디스플레이서(24) 사이의 공간으로 유입될 수 있도록 다수의 유통공(34)이 형성된다. 또한, 상기 고온부 열교환기(50)의 외측에는 고온부 열교환기(50)의 외측 열교환부를 냉각시킬 수 있도록 냉각수가 채워지는 물자켓(35)이 마련된다.In addition, on the other outer surface of the cylinder 21, a fluid flow path 28 through which the left and right spaces of the cylinder 21 partitioned by the displacer 24 communicate is formed, and a working fluid passing through the flow path 28 is formed. The low temperature heat exchanger 40 and the high temperature heat exchanger 50 are installed to be spaced apart from each other such that hydrogen (helium, etc.) is heat exchanged, and a regenerator that serves as a heat storage material for storing heat between the two heat exchangers 40 and 50. 30 is installed. A case 31 is installed on the outer surface of the regenerator 30 and the head of the cylinder 21 so as to form a sealed structure in a state where the flow path 28 and the internal spaces 32 and 33 of both sides of the cylinder 21 communicate with each other. do. In addition, a plurality of flow holes 34 are formed at the center of the outer wall of the cylinder 21 so that the working fluid passing through the high temperature part heat exchanger 50 may flow into the space between the piston 23 and the displacer 24. In addition, the outer side of the hot portion heat exchanger 50 is provided with a jacket 35 filled with a cooling water to cool the outer heat exchanger portion of the high temperature portion heat exchanger (50).
한편, 상기 저온부 열교환기(40)와 고온부 열교환기(50)는 동일한 구조로 마련되는데, 본 발명에 따른 열교환기(40,50)는 작동유체와 열교환을 하는 내측 열교환부로부터 외부 공기 및 냉각수 등과 열교환을 하게 되는 외측 열교환부로의 열전달 성능이 향상되게 함과 동시에, 열교환기(40,50)의 조립 및 제작을 용이하게 한 것이다. 이러한 구조를 도 4a를 참조하여 설명한다.(여기에서 저온부 열교환기와 고온부 열교환기는 동일한 구조이므로 저온부 열교환기를 기준으로 설명한다.)On the other hand, the low temperature part heat exchanger 40 and the high temperature part heat exchanger 50 is provided in the same structure, the heat exchanger (40, 50) according to the present invention is an external air and cooling water from the inner heat exchanger to exchange heat with the working fluid The heat transfer performance to the outer heat exchanger to be heat exchanged is improved, and the assembling and manufacturing of the heat exchangers 40 and 50 are facilitated. This structure will be described with reference to FIG. 4A. (Here, since the low temperature part heat exchanger and the high temperature part heat exchanger have the same structure, they will be described based on the low temperature part heat exchanger.)
본 발명에 따른 열교환기(40,50)는 중심부에 실린더(21)의 외경과 동일한 크기의 중공부가 형성된 링 형상의 열교환판(41)이 실린더(21)의 길이 방향으로 적층되어 구성된다. 그리고, 각 열교환판(41)의 내경부와 인접되는 내측 열교환부(40a)에는 작동유체가 통과되는 유로가 형성되도록 다수의 관통공(43)이 방사상으로 형성된다. 또한, 이 열교환판(41)은 외경부와 인접되는 외측 열교환부(40b)의 전열면적이 확대되어 열교환 효율이 커지도록, 외경이 작은 열교환판(41b)과 외경이 큰 열교환판(41a)으로 구비되고 이들이 번갈아 적층된다. 즉, 외경이 큰 열교환판(41a) 사이에 외경이 작은 열교환핀(41b)이 끼워짐으로써, 외경이 큰 두 열교환판(41a) 사이에 공간이 형성되어 전열면적이 커지게 된다.In the heat exchanger (40, 50) according to the present invention, a ring-shaped heat exchanger plate (41) having a hollow portion having the same size as the outer diameter of the cylinder (21) is formed in the longitudinal direction of the cylinder (21). In addition, a plurality of through holes 43 are radially formed in the inner heat exchange part 40a adjacent to the inner diameter part of each heat exchange plate 41 so that a flow path through which the working fluid passes is formed. In addition, the heat exchange plate 41 includes a heat exchange plate 41b having a small outer diameter and a heat exchange plate 41a having a large outer diameter so that the heat transfer area of the outer heat exchanger 40b adjacent to the outer diameter portion is increased to increase the heat exchange efficiency. And they are alternately stacked. That is, by inserting the heat exchange fin 41b having a small outer diameter between the heat exchanger plate 41a having a large outer diameter, a space is formed between the two heat exchange plates 41a having a large outer diameter and the heat transfer area becomes large.
이처럼 내측 열교환부(40a)와 외측 열교환부(40b)가 일체의 열교환판(41)으로 구성됨으로써 열전달 저항이 최소화되어 열교환기(40)의 열교환 효율이 커지게 된다.As such, since the inner heat exchanger 40a and the outer heat exchanger 40b are configured as an integral heat exchanger plate 41, the heat transfer resistance is minimized to increase the heat exchanger efficiency of the heat exchanger 40.
이러한 열교환기(40)를 제작할 때에는 프레스 등의 가공을 통하여 다수의 열교환판(41)을 제작한 후, 각 열교환판(41)의 관통공(43)이 일치시켜 솔더링이나 브레이징 등의 방법을 통해 상호 접착시키면 된다.When the heat exchanger 40 is manufactured, a plurality of heat exchanger plates 41 are manufactured through a process such as a press, and then the through holes 43 of the heat exchanger plates 41 are matched to each other through soldering or brazing. It is good to adhere | attach mutually.
그리고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것으로, 외경부와 인접되는 외측 열교환부(40b)에도 다수의 관통공(44)이 형성된 것이다. 이는 물이나 공기와 같은 열전달 매체가 자유롭게 유통될 수 있게 함으로써 열교환 효율을 더욱 높일 수 있도록 하기 위함이다.4B illustrates another embodiment of the present invention, in which a plurality of through holes 44 are formed in the outer heat exchange part 40b adjacent to the outer diameter part. This is to further increase the heat exchange efficiency by allowing the heat transfer medium such as water or air to flow freely.
다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스터링기기의 동작을 설명한다.The following describes the operation of the sterling apparatus according to the present invention configured as described above.
본 발명에 따른 스터링기기는 리니어모터(22)의 구동에 의해 피스톤(23)이 왕복운동을 하게 되면, 디스플레이서(24)가 소정의 위상차를 가지고 왕복운동 되면서 실린더(21)의 내부에 채워진 수소, 헬륨 등의 작동유체를 압축 또는 팽창시키게 된다. 즉, 디스플레이서(24)와 피스톤(23)은 소정의 위상차를 가지고 운동을 하기 때문에, 실린더(21)의 내부공간은 피스톤(23)과 디스플레이서(24) 사이의 공간이 대체로 압축공간(32)을 이루고, 디스플레이서(24)와 실린더(21)의 일측 단부 사이의 공간이 대체로 팽창공간(33)을 이루게 된다.In the sterling device according to the present invention, when the piston 23 is reciprocated by the driving of the linear motor 22, the hydrogen is filled in the cylinder 21 while the displacer 24 is reciprocated with a predetermined phase difference. , Working fluids such as helium are compressed or expanded. That is, since the displacer 24 and the piston 23 move with a predetermined phase difference, the space between the piston 23 and the displacer 24 generally has a compression space 32. ), And the space between the displacer 24 and one end of the cylinder 21 generally constitutes the expansion space 33.
좀더 상세히 설명하면, 팽창공간(33)에서 팽창된 저온의 작동유체가 저온부 열교환기(40), 재생기(30), 고온부 열교환기(50)를 거쳐 압축공간(32)으로 유입되면서 열교환이 되게 되고, 다시 압축공간(32)에서 압축된 고온의 작동유체가 역으로 흐르면서 열교환이 되게 된다.In more detail, the low-temperature working fluid expanded in the expansion space 33 is introduced into the compression space 32 through the low temperature heat exchanger 40, the regenerator 30, and the high temperature heat exchanger 50, thereby performing heat exchange. In addition, the high-temperature working fluid compressed in the compression space 32 flows in reverse to exchange heat.
즉, 스터링기기는 작동유체가 팽창될 때 저온부 열교환기(40) 주변의 열이 흡수되는데, 온도가 떨어진 저온부 열교환기(40) 주변의 공기가 저온부 열교환기(40)의 외측 열교환부와 열교환을 하게 되어 냉기를 생성하게 되는 것이다.That is, the Stirling machine absorbs heat around the low temperature part heat exchanger 40 when the working fluid is expanded, and the air around the low temperature part heat exchanger 40 whose temperature has fallen off exchanges heat with the external heat exchange part of the low temperature part heat exchanger 40. Will create cold air.
한편, 팽창공간(33)에서 팽창되는 과정에서 에너지를 흡수한 작동유체가 저온부 열교환기(40), 재생기(30), 고온부 열교환기(50)를 거쳐 압축공간(32)으로 유입되는 경우, 재생기(30)를 통과하는 작동유체는 재생기(30)에 축열된 열을 공급받아 온도가 상승된 상태로 압축공간(32)에 유입된다. 그리고 압축공간(32)이 압축되면 작동유체는 고온으로 상승되게 되고, 고온의 작동유체는 다시 고온부 열교환기(50), 재생기(30), 저온부 열교환기(40)를 거치면서 팽창공간(33)으로 유입되어 팽창되게 된다.On the other hand, when the working fluid absorbed energy in the expansion process in the expansion space 33 is introduced into the compression space 32 through the low temperature heat exchanger 40, the regenerator 30, the high temperature heat exchanger 50, the regenerator The working fluid passing through the 30 is supplied to the compression space 32 in a state where the temperature is raised by receiving the heat accumulated in the regenerator 30. When the compression space 32 is compressed, the working fluid is raised to a high temperature, and the high temperature working fluid passes through the high temperature part heat exchanger 50, the regenerator 30, and the low temperature part heat exchanger 40. It is introduced into and expanded.
이때, 압축공간(32)에서 나오는 작동유체는 고온부 열교환기(50)를 통과하면서 열교환을 하여 열을 방출하게 되고, 재생기(30)를 통과하면서 재생기(30)를 축열시키게 된다. 즉, 작동유체는 고온부 열교환기(50)에서 냉각된 후 재생기(30)를 거치면서 더욱 냉각된 상태로 팽창공간(33)에 유입되어 팽창되게 된다.At this time, the working fluid coming out of the compression space 32 undergoes heat exchange while passing through the high temperature part heat exchanger 50 to release heat, and heat accumulate the regenerator 30 while passing through the regenerator 30. That is, the working fluid is cooled in the high-temperature part heat exchanger 50 and then flows into the expansion space 33 in a more cooled state while passing through the regenerator 30 to expand.
팽창공간(33)에서 팽창이 이루어지면 작동유체의 온도는 다시 하강되며 흡열반응을 일으키게 된다. 즉, 이러한 사이클이 반복적으로 이루어지면서 스터링기기는 냉동출력이 발생되게 된다.When expansion occurs in the expansion space 33, the temperature of the working fluid is lowered again to cause an endothermic reaction. That is, as the cycle is repeated, the sterling device generates a freezing output.
한편, 이러한 사이클이 진행되는 동안, 열교환기(40,50)는 작동유체와 열교환을 하는 내측 열교환부(40a)와, 물 또는 공기 등과 같은 열전달 매체와 열교환을 하는 외측 열교환부(40b) 사이에 열전달이 이루어지게 된다. 이때 본 발명에 따른 열교환기는 내측 열교환부(40a)와 외측 열교환부(40b)가 일체의 열교환판(41)으로 구성되고, 이들이 적층되어 구성되기 때문에 열전달성능 개선되어 열교환 효율이 크게 높아지게 된다.On the other hand, during this cycle, the heat exchanger (40, 50) is between the inner heat exchanger 40a for heat exchange with the working fluid and the outer heat exchanger (40b) for heat exchange with a heat transfer medium such as water or air. Heat transfer is achieved. At this time, the heat exchanger according to the present invention is composed of an integral heat exchange plate (40a) and the outer heat exchanger (40b), integrally formed heat exchange plate 41, because they are laminated, heat transfer performance is improved and the heat exchange efficiency is greatly increased.
즉, 종래의 열교환기(10)는 내측 열교환부(10a)와 외측 열교환부(10b)가 케이스(9)에 부착되어 구성되기 때문에 이들의 결합부에서 열전달저항이 커지게 되는 문제가 있었으나, 본 발명은 외부에 노출되는 외측 열교환부(40b)와 작동유체가 흐르는 유로상에 위치되는 내측 열교환부(40a)가 일체의 열교환판(41)으로 구성됨에 따라 열전달성능이 크게 향상되는 것이다.That is, the conventional heat exchanger 10 has a problem that the heat transfer resistance is increased in these coupling portions because the inner heat exchanger (10a) and the outer heat exchanger (10b) is attached to the case (9), According to the present invention, the heat transfer performance is greatly improved as the outer heat exchanger 40b exposed to the outside and the inner heat exchanger 40a positioned on the flow path through which the working fluid flows are configured as an integral heat exchanger plate 41.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스터링기기의 열교환기는 링형상의 다수의 열교환판이 적층되어 구성되고, 각 금속판의 내경부와 인접되는 내측 열교환부에는 작동유체가 통과되는 유로가 형성되었다. 또한, 상기 열교환판은 외측 열교환부에 공간이 형성되어 전열면적이 넓어지도록 외경이 큰 열교환판과, 외경이 작은 열교환판이 번갈아 적층되었다. 따라서, 작동유체와 열교환을 하는 내측 열교환부와, 외부 열교환 매체(물, 공기 등)와 열교환을 하는 외측 열교환부가 일체로 구성되게 되어 열전달 저항이 최소화됨으로써 열교환기의 열교환 효율이 크게 향상될 뿐만 아니라 열교환기의 제작 및 설치가 용이한 이점이 있다.As described above in detail, the heat exchanger of the Stirling machine according to the present invention is configured by stacking a plurality of ring-shaped heat exchanger plate, the flow path through which the working fluid passes is formed in the inner heat exchanger portion adjacent to the inner diameter portion of each metal plate. The heat exchanger plate is alternately stacked with a heat exchanger plate having a large outer diameter and a heat exchanger plate having a small outer diameter so that a space is formed in the outer heat exchanger portion so that the heat transfer area is widened. Therefore, the inner heat exchanger that exchanges heat with the working fluid and the outer heat exchanger that exchanges heat with the external heat exchange medium (water, air, etc.) are integrally formed, thereby minimizing heat transfer resistance, thereby greatly improving the heat exchange efficiency of the heat exchanger. There is an advantage of easy manufacturing and installation of the heat exchanger.
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1998
- 1998-08-20 KR KR1019980033763A patent/KR20000014367A/en not_active Application Discontinuation
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