KR20000035136A - 교반장치 - Google Patents

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KR20000035136A
KR20000035136A KR1019990047947A KR19990047947A KR20000035136A KR 20000035136 A KR20000035136 A KR 20000035136A KR 1019990047947 A KR1019990047947 A KR 1019990047947A KR 19990047947 A KR19990047947 A KR 19990047947A KR 20000035136 A KR20000035136 A KR 20000035136A
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세끼야히로시
고우모또노부오
후꾸다에이지
이노우에다까시
가끼누마히로따까
고마쓰바라다께오
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다카노 야스아키
산요 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

오일상승이 방지되고, 크랭크 챔버의 온도상승에 수반되는 압력상승에 의해서 오일밀봉 벨로우즈로의 악영향이 방지되는 교반장치가 개시되어 있다. 오일밀봉 벨로우즈는 하우징안의 공간과, 압축 실린더 및 팽창 실린더사이에 배치되고, 압력조절 벨로우즈가 구비된 완충액 탱크가 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면상의 공간과, 하우징안의 공간사이에 배치되므로 하우징안의 압력상승과 이 공간의 압력변동이 흡수된다.

Description

교반장치 {STIRRING DEVICE}
본 발명은 음식물 분배, 환경시험, 의약, 생물 산업, 반도체 제조 등의 산업용 장치 또는 가정용 장치의 모든 산업 분야에서 냉장 또는 냉각을 위해 사용될 수 있는 교반장치에 관한 것이다.
최근, 교반 냉각기는 지구 한경 문제에서 프레온에 대한 대체물질을 사용한 냉각 장치로서, 또는 종래의 냉각 장치보다 더 넓은 범위의 작동온도를 갖는 냉각기로서 주목을 끌고 있다. 그러므로, 상기 냉각기는 냉동기, 냉각기 및 투입식 (throw-in type) 냉각기와 같은 사업용 또는 가정용의 냉각 열을 이용하는 장치와 저온 유체 순환기, 저온 등온 유니트, 등온 탱크, 열충격 시험장치, 냉동건조기, 열특성 시험장치, 혈액/세포 저장 장치, 저온 냉각기 및 다양한 냉각 열 장치와 같은 모든 산업 분야의 냉각 열 이용 장치에 적용될 수 있다. 또한, 상기 냉각기는 크기가 작고, 효과계수 (result coefficient) 가 높으며, 에너지 효율이 우수하다.
도 1 은 종래의 일반적인 교반 냉각기 (1) 의 전체 개략도이며, 하우징 (2) 내에서 모터 (3) 에 의해 작동되는 크랭크 축 (4) 의 크랭크부 (5, 6) 는 크로스 가이드 헤드 (7, 8) 를 거쳐 압축 피스톤 로드 (9) 및 팽창 피스톤 로드 (10) 에 연결된다. 이 압축 피스톤 로드 (9) 및 팽창 피스톤 로드 (10) 를 거쳐, 압축 피스톤 (11) 및 팽창 피스톤 (12) 은 각각 압축 실린더 (13) 및 팽창 실린더 (14) 내에서 위상차를 갖고 왕복 운동한다. 이렇게 함으로써, 작동가스는 압축 및 팽창된다. 또한, 압축 실린더 (13) 의 고온 챔버(압축 챔버) (15) 와 팽창 실린더 (14) 의 저온 챔버(팽창 챔버) (16) 사이에서 재생열교환기 (17) 를 거쳐 배치된 복사열교환기(고온측 열교환기) (18) 및 냉각열교환기(저온측 열교환기) (19)에 의해, 열교환은 복사 냉매 및 냉각열 냉매와 작동가스 사이에서 수행된다.
이때, 오일 또는 오일 미스트가 피스톤 로드 (9, 10) 를 따라 크랭크 챔버로부터 올라오는 소위, 오일 상승 문제가 발생한다. 오일 상승에 대해, 오일 또는 오일 미스트가 압축 및 팽창 실린더에 들어간 후, 오일 또는 오일 미스트는 내면에 달라 붙거나 또는 열에 의해 탄화되어 교반 냉각기의 성능 및 내구성은 현저히 열화시킨다. 오일 상승 문제를 해결하기 위해 종래 기술에서는, 압축 피스톤 로드 (9) 및 팽창 피스톤 로드 (10) 는 오일 밀봉 (20, 21) 에 의해 밀봉된다.
또한, 상기 오일 밀봉은 구조 및 재료가 다양하게 개발되어 있지만, 밀봉 성능 및 내구성에 있어서 반드시 충분한 것은 아니다. 또한, 롤삭형 (roll socks type) 밀봉 시스템이 제시되었는데, 그 내구성은 현 상황에 충분하다고 말할 수 없다.
또한, 교반 냉각기가 작동되면, 온도는 상승하며, 크랭크 챔버 (26) 의 내부 압력은 상승한다. 크랭크 챔버의 압력 상승은 오일 밀봉에 기계적인 부담을 가하여 성능악화를 초래한다. 압력이 상기 오일 상승을 조장하며, 성능에 악영향을 미치는 또 다른 문제가 발생한다.
또한, 압축 및 팽창 피스톤의 왕복 운동은 배면측으로 압력 변동을 발생시키며, 오일 밀봉에 악영향을 미친다.
본 발명의 목적은 상술한 교반 냉각기를 구비하는 교반장치의 고유한 문제를 해결하는 것인데, 본 발명의 과제들은 하기와 같다.
(1) 오일 상승이 금지되고, 긴 수명의 피스톤 로드 오일밀봉 벨로우즈가 실현되며, 교반 냉각기의 성능 및 수명이 향상된다.
(2) 크랭크 챔버의 온도 상승을 수반하는 압력 상승에 대해, 일반적인 오일 밀봉이 사용되더라도 성능 저하 또는 오일 상승이 방지될 수 없다. 또한, 오일밀봉 벨로우즈가 사용되더라도 내부 및 외부 압력차가 발생되어 벨로우즈 자체 및 냉각기 성능에 악영향을 미친다. 크랭크 챔버의 온도 상승을 수반하는 압력 상승은 압력 조절 벨로우즈를 구비하는 완충액 탱크를 사용함으로써 해결된다.
(3) 오일 밀봉 또는 냉각기 성능에 악영향을 미치는 압축 또는 팽창 피스톤의 배면측에서 발생되는 압력 변동 문제는 압력 조절 벨로우즈가 설치된 또는 설치되지 않은 완충액 탱크를 사용함으로써 해결된다.
(4) 피스톤의 배면측에서 발생되는 압력 변동의 문제는 크랭크 챔버를 구비하는 하우징 내의 공간을 이용함으로써 해결된다. 구체적으로, 상기 문제는 피스톤의 배면측을 오일 트래핑 장치를 거쳐 크랭크 챔버를 구비하는 하우징의 공간에 연결함으로써 해결된다. 이 경우, 오일 트래핑 장치를 조절하기 위한 억제장치가 (직렬로 배열되어) 함께 사용될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 문제점들을 해결하기 위해, 크랭크 챔버를 갖는 하우징; 크랭크 챔버 위에 인접하게 배치된 실린더; 실린더 내에서 왕복 운동하여 작동가스 를 압축 또는 팽창시키는 피스톤 또는 디스플레이서; 크랭크 챔버 내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고, 한쪽 단부가 피스톤 또는 디스플레이서에 연결된 피스톤 로드; 및 상기 피스톤 로드가 지나가는 크랭크 챔버의 상부의 개구부에 배치된 오일 밀봉을 구비하는 교반장치가 제공된다. 상기 교반장치에서, 상기 오일 밀봉은, 선단부가 실린더 내의 피스톤 로드에 고정되고, 기단부가 그곳을 통해 지나가는 피스톤 로드가 설치된 크랭크 챔버의 상부의 개구부의 둘레 가장자리에 고정되는 오일밀봉 벨로우즈를 구비한다. 상기 오일밀봉 벨로우즈를 배치함으로써, 오일이 하우징 내의 공간을 거쳐 실린더로 들어 가는 것이 방지된다.
작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간 사이에는, 배면측 공간 내의 압력 변동과 하우징 내의 압력 상승을 흡수하기 위한 완충액 탱크가 연결 수단을 통해 연결된다. 완충액 탱크 내부는, 압력 조절 벨로우즈가 배치되어, 완충액 탱크를 압력 조절 벨로우즈의 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버로 분할되며, 상기 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버는 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간 중의 하나와 연결될 수도 있다.
또한, 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간 및 하우징 내의 공간은 배면측 공간의 압력 변동을 흡수하기 위해 오일 트래핑 장치를 거쳐 연결될 수도 있다.
또한, 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간에는, 배면측 공간의 압력 변동을 흡수하기 위한 완충액 탱크가 연결 수단을 거쳐 연결된다. 상기 완충액 탱크와 하우징 내의 공간 사이에는 오일 트래핑 장치, 또는 압력조절억제장치에 연결된 오일 트래핑 장치가 배치되어, 압력 조절이 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간 및 하우징 내의 공간에서 수행될 수도 있다.
또한, 오일 밀봉으로서, 오일밀봉 벨로우즈에 추가하여, 피스톤 로드와 눌려 접촉하는 환형 내압 오일 밀봉이 크랭크 챔버의 상부의 개구부에 배치된다. 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간과 오일밀봉 벨로우즈에 의해 형성된 밀봉 챔버 사이에는, 피스톤의 배면측에서 발생된 필요없는 압력 변동 및 밀봉 챔버 내에서 발생된 필요없는 압력 변동을 줄이기 위한 완충액 탱크가 연결 수단을 거쳐 연결된다. 완충액 탱크 내부에는, 압력 조절 벨로우즈가 배치되어 완충액 탱크를 압력 조절 벨로우즈의 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버로 분할되며, 상기 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버는 피스톤의 배면측 공간과 밀봉 챔버 중의 하나와 연결될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 문제점들을 해결하기 위해, 크랭크 챔버를 갖는 하우징; 크랭크 챔버 위에 인접하게 배치된 실린더; 실린더 내에서 왕복 운동하여 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 피스톤 또는 디스플레이서; 크랭크 챔버 내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고, 피스톤 또는 디스플레이서에 한쪽 단부가 연결된 피스톤 로드; 및 상기 피스톤 로드가 지나가는 크랭크 챔버의 상부의 개구부에 배치된 오일 밀봉을 구비하는 교반장치가 제공된다. 상기 교반장치에서, 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간 사이에는 배면측 공간 내의 압력 변동과 하우징 내의 압력 상승을 흡수하기 위한 완충액 탱크가 연결 수단을 통해 연결된다. 완충액 탱크 내부에는, 압력 조절 벨로우즈가 배치되어 완충액 탱크를 압력 조절 벨로우즈의 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버로 분할되며, 상기 개구부측 챔버와 폐쇄벽측 챔버는 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간 중의 하나와 연결될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 문제점들을 해결하기 위해, 크랭크 챔버를 갖는 하우징; 크랭크 챔버 위에 인접하게 배치된 실린더; 실린더 내에서 왕복 운동하여 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 피스톤 또는 디스플레이서; 크랭크 챔버 내에서 크랭크에 작동되도록 연결되고, 피스톤 또는 디스플레이서에 한쪽 단부가 연결된 피스톤 로드; 및 상기 피스톤 로드가 지나가는 크랭크 챔버의 상부의 개구부에 배치된 오일 밀봉을 구비하는 교반장치가 제공된다. 상기 교반장치에서, 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간 사이에는 배면측 공간 내의 압력 변동과 하우징 내의 압력 상승을 흡수하기 위한 완충액 탱크가 연결 수단을 통해 연결되며, 상기 완충액 탱크와 하우징 내의 공간 사이에는 오일 트래핑 장치 또는 압력조절억제장치에 연결된 오일 트래핑 장치가 배치되어, 압력 조절이 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위한 피스톤의 배면측 공간 및 하우징 내의 공간에서 수행된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 문제점들을 해결하기 위해, 크랭크 챔버를 갖는 하우징; 크랭크 챔버 위에 인접하게 배치된 실린더; 실린더 내에서 왕복 운동하여 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 피스톤 또는 디스플레이서; 크랭크 챔버 내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고, 피스톤 또는 디스플레이서에 한쪽 단부가 연결된 피스톤 로드; 및 상기 피스톤 로드가 지나가는 크랭크 챔버의 상부의 개구부에 배치된 오일 밀봉을 구비하는 교반장치가 제공된다. 상기 교반장치에서, 피스톤의 배면측 공간과 하우징 내의 공간은 배면측 공간의 압력 변동을 흡수하기 위해 오일 트래핑 장치를 거쳐 연결된다.
또한, 상기 압력 조절 벨로우즈는 한 세트의 벨로우즈 또는 한쌍의 서로 대향하는 형태의 벨로우즈로 구성될 수도 있다.
또한, 압축력이 스프링에 의해 압력 조절 벨로우즈의 폐쇄벽에 가해질 수도 있다.
또한, 압력 조절 벨로우즈는 가이드 부재에 의해 완충액 탱크로 안내되며, 변형없이 원할하게 팽창 및 수축하도록 구성된다.
또한, 하나 이상의 완충액 탱크가 배치될 수도 있다.
또한, 교반장치의 작동가스는 질소, 헬륨 또는 수소이며, 냉각열 냉매는 에틸알콜, HFC, PFC, PFG, 질소 및 수소로 구성된 군으로부터 선택된 어느 한 기체이다.
또한, 상기 교반장치는 압축 피스톤을 갖는 압축 실린더와 팽창 피스톤 또는 디스플레이서를 갖는 팽창 실린더를 구비하는 교반 냉각기의 구성으로서 적용될 수도 있는데, 상기 압축 피스톤 및 팽창 피스톤 또는 디스플레이서는 위상차를 갖고 왕복 운동한다.
또한, 상기 교반장치는 교반 냉각기, 또는 교반 엔진으로서 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 교반장치는 상부 벽 및 측벽을 갖는 원통형 상부 열교환 하우징이 설치된 실린더 블록과, 피스톤 또는 디스플레이서가 미끄러지는 상부 열교환 하우징 내에 배치된 내부 실린더를 구비한다. 상부 열교환 하우징의 선단부측의 내부 둘레면에서는 축선방향의 직선의 미세한 홈이 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 채널을 형성한다. 상부 열교환 하우징의 기단부측의 상기 내부 둘레면에는, 환형 오목부가 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 냉각기용 채널을 형성한다. 상기 상부 열교환 하우징은 납형주조에 의해 형성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 교반장치에는 피스톤 또는 디스플레이서가 미끄러지는 내부 실린더를 갖는 실린더 블록이 설치된다. 내부 실린더 외부에는, 환형 열교환 하우징 및 하우징 내에 삽입/고정된 열교환기 몸체를 구비하는 원통형 열교환기가 배치된다. 상기 열교환기 몸체에 대해서는, 외부 둘레면에 열교환 핀이 형성되고, 내부 둘레면에 축선방향으로 직선의 미세 홈이 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 채널을 형성한다. 환형 열교환 하우징과 열교환기 몸체 사이의 공간은 냉매의 경로로서 형성된다. 환형 열교환 하우징 내에는, 냉매 유입구 및 냉매 유출구가 형성되어 냉매 경로가 연결된다. 상기 환형 열교환 하우징은 납형주조 또는 금속 주조에 의해 형성되며, 상기 열교환기 몸체는 납형주조법에 의해 형성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 벽 및 측벽을 갖는 원통형 상부 열교환 하우징이 설치된 실린더 블록과, 피스톤 또는 디스플레이서가 미끄러지는 상부 열교환 하우징에 배치된 내부 실린더를 구비하는 교반장치가 제공된다. 상부 열교환 하우징의 선단부측의 내부 둘레면에는, 축선방향으로 직선의 미세한 홈이 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 채널을 형성한다. 상부 열교환 하우징의 기단부측의 내부 둘레면에는, 환형 오목부가 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 냉각기용 채널을 형성한다. 내부 실린더 외부에는 환형 열교환 하우징 및 하우징 내에 삽입/고정된 열교환기 몸체를 구비하는 원통형 열교환기가 배치된다. 상기 열교환기 몸체에 대해서는, 외부 둘레면에 열교환 핀이 형성되고, 내부 둘레면에 축선방향으로 직선의 미세한 홈이 형성되어 내부 실린더의 외부 둘레면에 작동기체 채널을 형성한다. 환형 열교환 하우징과 열교환기 몸체 사이의 공간은 냉매의 경로로서 형성되며, 냉매 유입구 및 냉매 유출구가 환형 열교환 하우징 내에서 형성되어 냉매 경로가 연결된다. 상기 상부 열교환 하우징 및 상기 열교환기 몸체는 납형주조에 의해 형성되거나. 또는 상기 환형 열교환 하우징은 납형주조 또는 금속 주조에 의해 형성된다.
상기 상부 열교환 하우징은 외부 둘레면측 선단부에서 상기 상부 열교환 하우징과 일체형으로 형성된 핀 또는 별개로 형성되어 나중에 부착된 핀을 구비한다.
또한, 본 발명에서, 상기 교반장치는, 작동가스를 밀봉하며, 냉각헤드 및 복사열교환기를 갖는 교반 냉각기; 냉각열 냉매를 냉각헤드로부터 교반 냉각기와 냉각열 이용 장치 사이로 순환시키기 위하여 냉각 열 이용 장치에 연결될 수 있는 냉각열 냉매 파이프라인; 냉각열 냉매를 저장하기 위하여 냉각열 냉매 파이프라인 중간에 배치되어 교반 냉각기의 작동 상태에 의한 냉각열 냉매의 온도 변동이 냉각 열 이용 장치의 냉각 온도에 직접 영향을 미치는 것이 방지되는 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크를 구비한다.
또한, 본 발명에서, 상기 교반장치는, 작동가스를 밀봉하며, 냉각헤드 및 복사열교환기를 갖는 교반 냉각기; 냉각헤드에서 냉각된 냉각열 냉매를 순환시키기 위해 양단이 냉각헤드에 연결되는 냉각열 냉매 파이프라인; 2차 냉각열 냉매가 수용되고, 냉각열 냉매 파이프라인의 열교환부가 사이에 끼워져 상기 열교환부가 상기 2차 냉각열 냉매와 접촉하는 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크; 및 상기 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크에 연결되고, 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크와 냉각열 이용 장치 사이에서 2차 냉각열 냉매를 순환시키기 위해 냉각열 이용 장치에 연결되어, 교반 냉각기의 작동 상태에 의한 냉각열 냉매의 온도 변동이 냉각열 이용 장치의 냉각 온도에 직접 영향을 미치는 것이 방지되는 2차 냉각열 냉매 파이프라인을 구비한다.
또한, 본 발명에서, 상기 교반장치는, 작동가스를 밀봉하며, 냉각헤드 및 복사열교환기를 갖는 교반 냉각기; 냉각열 이용 장치에 연결되고, 냉각열 냉매를 순환시키기 위해 교반 냉각기와 냉각열 이용 장치 사이에 배치된, 냉각헤드에서 냉각된 냉각열 냉매를 통과시키기 위한 냉각열 냉매 파이프라인; 및 냉각열 냉매가 수용되고, 냉각헤드가 바닥부분으로부터 통과되며, 저장된 냉각열 냉매가 냉각되어, 교반 냉각기의 작동 상태에 의한 냉각열 냉매의 온도 변동이 냉각 열 이용 장치의 냉각 온도에 직접 영향을 미치는 것이 방지되는 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크를 구비한다.
또한, 교반 냉각기의 작동 제어 및/또는 온도를 제어하기 위해 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크에 배치된 전기히터의 제어를 수행하는 온도 조절 장치가 설치된다.
또한, 교반 냉각기의 모터는 역회전하도록 제어되어 온도 조절, 고온 가열, 또는 성에 제거가 수행된다.
또한, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크에 교반 블레이드를 회전할 수 있게 배치함으로써, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 내의 냉각열 냉매의 온도차 발생이 방지된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매를 냉각하기 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 열특성 시험이 수행되고 냉각열 냉매에 의해 냉각될 피시험 물체를 저장하기 위한 열특성 시험 탱크; 열특성 시험 탱크 내의 냉각헤드에 의해 냉각된 냉각열 냉매를 통과시키고, 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열하기 위해 교반 냉각기를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 열충격이 피시험 물체에 가해지고, 열특성 시험이 수행되는 열특성 시험 탱크와 냉각헤드 사이에서 냉각열 냉매를 순환시키기 위한 냉각열 냉매 파이프라인을 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 열특성 시험이 수행되고 냉각열 냉매에 의해 냉각될 피시험 물체를 저장하기 위한 열특성 시험 탱크; 냉각헤드에서 냉각된 냉각열 냉매를 통과시켜 냉각열 냉매가 열특성 시험 탱크 주위를 흐르며, 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열하기 위해 교반 냉각기를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 열충격이 피시험 물체에 가해지고, 열특성 시험이 수행되는 열특성 시험 탱크와 냉각헤드 사이를 순환하는 냉각열 냉매 파이프라인을 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 열특성 시험이 수행될 피시험 물체가 수용되고, 냉각헤드가 바닥부분으로부터 통과하도록 배치되며, 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열하기 위해 교반 냉각기를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 열충격이 피시험 물체에 가해지고, 열특성 시험이 수행되는 열특성 시험 탱크를 구비하는 교반장치가 제공된다.
상기 열특성 시험 탱크에는 피시험 물체를 저장하기 위한 저장 케이스 또는 적재 선반형상 부재가 배치될 수도 있다.
공기, 질소 또는 헬륨이 냉각열 냉매로서 순환되며, 열특성 시험 탱크에는 피시험 물체를 저장하기 위해 내부에 형성된 배기구를 갖는 저장 케이스가 설치되거나, 또는 피시험 물체를 저장하기 위한 어떤 저장 케이스도 설치되지 않을 수도 있다.
온도를 제어하기 위해 교반 냉각기를 작동/제어하는 온도 조절 장치가 설치될 수도 있다.
열특성 시험 탱크, 냉각헤드, 냉각열 냉매 파이프라인에는 전기히터가 설치되어 열특성 시험 탱크의 정확한 온도 제어, 성에 제거등이 수행될 수 있다. 또한, 교반 냉각기 모터를 역회전시키는 제어를 수행함으로써 열특성 시험 탱크의 온도가 상승될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 열교환 코일이 외부 둘레에 배치되며, 건조될 재료가 수용될 수 있는 냉동/건조 탱크; 및 교반 냉각기를 작동시키고, 냉각열 냉매를 열교환 코일을 통해 통과시키며, 냉동/건조 탱크를 냉동/건조시킴으로써, 건조될 재료가 건조되는 열교환 코일과 냉각헤드 사이에서 냉각헤드에 의해 냉각된 냉각열 냉매를 순환시키기 위한 냉각열 냉매 파이프라인을 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 열교환 코일이 배치되고, 건조될 재료가 수용될 수 있는 냉동/건조 탱크; 및 교반 냉각기를 작동시키고, 냉각열 냉매를 열교환 코일을 통해 통과시키며, 냉동/건조 탱크를 냉동/건조시킴으로써, 건조될 재료가 건조되는 열교환 코일과 냉각헤드 사이에서 냉각헤드에 의해 냉각된 냉각열 냉매를 순환시키기 위한 냉각열 냉매 파이프라인을 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 냉각열 냉매가 주입되고, 건조될 재료가 수용될 수 있는 냉동/건조 탱크; 및 교반 냉각기를 작동시키고, 냉각열 냉매를 냉동/건조 탱크에 주입하며, 냉동/건조를 수행함으로써, 건조될 재료가 건조되는 냉동/건조 탱크의 내부와 냉각헤드 사이에서 냉각헤드에 의해 냉각된 냉각열 냉매를 순환시키기 위한 냉각열 냉매 파이프 라인을 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동가스를 밀봉하는 교반 냉각기를 구비하며, 냉각열 냉매의 냉각을 위한 냉각헤드 및 복사열교환기; 및 냉각헤드가 바닥부분으로부터 통과되며, 건조될 재료가 수용될 수 있으며, 교반 냉각기를 작동함으로써, 및 냉동/건조를 수행함으로써 건조될 재료가 건조되는 냉동/건조 탱크를 구비하는 교반장치가 제공된다.
또한, 온도를 제어하기 위하여 교반 냉각기를 작동/제어하는 온도 조절 장치가 배치될 수도 있다.
또한, 교반 냉각기 모터를 역회전시키는 제어를 수행함으로써, 냉동/건조 탱크의 온도가 상승될 수 있다.
도 1 은 종래의 교반 냉각기를 전체적으로 도시하는 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 1 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 2 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 3 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 4 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 5 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 6 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 7 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 8 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 9 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 11 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 완충액 탱크의 압력 조절 벨로우즈의 구체적인 실례를 도시하는 다이어그램이다.
도 12 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 압력 조절 벨로우즈의 가이드의 구체적인 실례를 도시하는 다이어그램이다.
도 13 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 팽창 실린더 블록을 도시하는 단면도이다.
도 14 는 도 13 의 팽창 실린더 블록의 저온측 열교환 하우징 (상부 열교환 하우징) 의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 15 는 도 13 의 팽창 실린더 블록의 고온측 열교환 하우징 (환형 열교환 하우징) 의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 16 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 팽창 실린더 블록의 저온측 열교환 하우징의 제 1 및 제 2 변형의 단면도를 도시한다.
도 17 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 등온 유체 순환장치의 일 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 18 은 도 17 의 교반 냉각기를 사용한 등온 유체 순환장치의 냉각 열교환기 및 복사열교환기의 일 예의 설명도이다.
도 19 는 도 17 의 교반 냉각기를 사용한 등온 유체 순환장치에 연결된 냉각 열 이용 장치를 도시하는 다이어그램이다.
도 20 은 도 17 의 교반 냉각기를 사용한 등온 유체 순환장치의 온도 조절 장치의 설명도이다.
도 21 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 등온 유체 순환장치의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 22 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 등온 유체 순환장치의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 23 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 열충격 시험장치의 일 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 24 는 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 열충격 시험장치의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 25 는 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 열충격 시험장치의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 26 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 열충격 시험장치의 온도 조절 장치의 설명도이다.
도 27 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 냉동건조기의 일 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 28 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 냉동건조기의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 29 는 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 냉동건조기의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 30 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 냉동건조기의 또 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다.
도 31 은 본 발명의 교반 냉각기를 사용하여 구성된 냉동건조기의 온도 조절 장치의 설명도이다.
"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"
22 : 교반 냉각기 23 : 하우징
24 : 격벽 25 : 모터 챔버
26 : 크랭크 챔버 27 : 모터
29, 30 : 뚜껑 31, 32, 33 : 베어링
34 : 크랭크축 36 : 회전자
41, 42 : 크로스 가이드 헤드 43, 44 : 크로스 가이드 라이너
47 : 압축 실린더 블록 49 : 고압챔버
50 : 압축 피스톤 로드 53 : 벨로우즈
57 : 팽창 피스톤 로드 59 : 완충액 탱크
71 : 파이프 74 : 복사열교환기
79 : 방열기 82 : 물저장탱크
[ 제 1 실시예 ]
본 발명의 교반장치에 대한 실시예들은 하기에 도면을 참조하여 교반 냉각기에 대한 제 1 실시예 내지 제 9 실시예에 근거하여 설명될 것이다. 도 2 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 1 실시예를 도시한다. 제 1 실시예의 교반 냉각기 (22) 의 개요에 대해서, 첫번째 특성은 오일 상승을 방지하기 위한 오일밀봉 벨로우즈가 구비된 구성에 있으며, 또 다른 특성은 크랭크 챔버에 연결된 압력 조절 벨로우즈가 구비된 완충액 탱크가 배치되고, 오일밀봉 벨로우즈에 대해, 크랭크 챔버의 온도 상승에 기인한 하우징 안의 공간에서의 압력 상승뿐만아니라 압축 피스톤 또는 팽창 피스톤의 배면측의 압력변동이 흡수되는 구성에 있다.
이 점은 상세하게 설명될 것이다. 도 2 에서, 교반 냉각기 (22A) 의 하우징 (23) 은 주물 재료로 제조된다. 하우징 (23) 의 내부는 격벽 (24) 에 의해 모터 챔버 (25) 와 크랭크 챔버 (26) 로 분리되며, 상기 모터 챔버 (25) 에는 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있는 모터 (27) 가 구비되며, 상기 크랭크 챔버 (26) 에는 모터 (27) 의 회전을 왕복 운동으로 전환시키는 회전/왕복운동 전환 기구 (28) 가 구비되어 있다. 모터 챔버 (25) 와 크랭크 챔버 (26) 는 각각 뚜껑 (29, 30) 으로 폐쇄되어 있다.
하우징 (23) 에서, 크랭크 축 (34) 은 격벽 (24) 을 회전가능하게 관통하고 베어링 (31 내지 33) 에 의해 지지된다. 상기 모터 (27) 는 고정자 (35) 와 회전자 (36) 로 구성되며, 상기 크랭크 축 (34) 은 회전자 (36) 의 중앙부에 고정된다.
회전/왕복운동 전환 기구 (28) 는 크랭크 챔버 (26) 내에서 연장된 크랭크 축 (34) 의 크랭크부 (37, 38), 상기 크랭크부 (37, 38) 에 연결된 연결 로드 (39, 40) 및 상기 연결 로드의 선단부에 부착된 크로스 가이드 헤드 (41, 42) 로 구성되며, 교반 냉각기 (22A) 의 구동력 전달 수단으로서 기능한다.
상기 크로스 가이드 헤드 (41, 42) 는 하우징 (23) 의 실린더 내벽에 배치된 크로스 가이드 라이너 (43, 44) 에 왕복운동가능하게 배치된다. 크랭크부 (37, 38)는 위상차를 갖게 형성되어 상기 모터 (27) 가 정회전하면 상기 크랭크부 (38) 가 상기 크랭크부 (37) 보다 먼저 움직인다. 위상차로는, 약 90 도의 위상차가 일반적으로 사용된다.
교반 냉각기 (22A) 의 하우징 (23) 의 크랭크 챔버 (26) 상에는 압축 실린더 (45) 및 팽창 실린더 (46) 가 설치되어 있다. 압축 실린더 (45), 팽창 실린더 (46) 및 하우징 (23) 에서 헬륨, 수소 및 질소와 같은 작동가스가 밀봉된다.
상기 압축 실린더 (45) 는 하우징 (23) 에 볼트 등으로 고정된 압축 실린더 블록 (47) 을 구비하며, 상기 압축 실린더 블록 (47) 의 공간 내에서 압축 피스톤 (48) 이 왕복 운동한다. 고온 챔버 (압축 공간) (49) 이 상기 공간위에 형성되며, 여기서 고온을 제공하기 위해 작동가스가 압축된다.
압축 피스톤 로드 (50) 의 한쪽 단부는 압축 피스톤 (48) 에 고정되고, 다른 쪽 단부는 크로스 가이드 헤드 (41) 에 회전 가능하게 연결된다. 하우징 (23) 의 상부에 있는 개구부 (51) 를 밀봉하기 위해, 오일밀봉 벨로우즈 (53) 의 상단부는 압축 피스톤 로드 (50) 에 고정되고, 그 하단부는 상기 개구부 (51) 의 둘레 가장자리에 고정된다.
이렇게 함으로써, 압축 실린더 (45) 및 하우징 (23) 의 크랭크 챔버 (26) 는 완전히 밀봉되어, 오일이 크랭크 챔버 (26) 로부터 압축 실린더 (45) 로 가는 것이 완전히 방지된다. 오일밀봉 벨로우즈 (53) 에는, 금속재료를 프레스가공처리함으로써 일체형으로 성형된 성형 벨로우즈, 또는 용접에 의해 조립된 용접 벨로우즈가 사용된다.
왕복운동 압축 피스톤 (48) 의 미끄럼 이동방향은 상사점과 하사점에서 반대로 바뀌므로 속도는 영으로 된다. 상사점 또는 하사점 근처에서 상기 속도는 느리고, 단위 시간당 체적 변화량도 작다. 하사점에서 상사점으로, 또는 상사점에서 하사점으로 운동하는 동안, 상기 속도는 각 중앙점에서 최대값에 도달하며, 단위 시간당 피스톤 운동에 의한 체적 변화량도 또한 최대가 된다.
다른 한편, 팽창 실린더 (46) 는 압축 실린더 (45) 보다 약간 위에 위치하며, 하우징 (23) 에 볼트 등으로 고정된 팽창 실린더 블록 (54) 을 구비한다. 팽창 실린더 블록 (54) 의 공간에서는 피스톤 링이 구비된 팽창 피스톤 (55) 이 왕복운동 또는 미끄럼이동한다. 저온 챔버 (팽창 공간) (56) 은 상기 공간위에 형성되며, 여기서 저온을 제공하기 위해 작동가스가 팽창된다. 상기 팽창 피스톤 (55) 은 약 90 도 위상 만큼 압축 피스톤 (48) 보다 앞서 이동한다.
팽창 피스톤 로드 (57) 의 한쪽 단부는 팽창 피스톤 (55) 에 고정되고, 다른 쪽 단부는 크로스 가이드 헤드 (42) 에 회전 가능하게 연결된다. 하우징 (23) 에서 상부 개구부 (52) 를 밀봉하기 위해, 오일밀봉 벨로우즈 (58) 의 상단부는 팽창 피스톤 로드 (57) 에 고정되고, 오일밀봉 벨로우즈 (58) 의 하단부는 하우징 (23) 의 개구부 (52) 의 둘레 가장자리에 고정된다.
이에 따라, 팽창 실린더 (46) 및 크랭크 챔버 (26) 는 완전 밀봉되어서, 오일이 크랭크 챔버 (26) 로부터 팽창 피스톤 로드 (57) 를 따라서 팽창 실린더 (46) 에 들어가는 것이 완전 방지된다. 오일밀봉 벨로우즈 (58) 에는 압축 실린더용 벨로우즈와 유사한 벨로우즈가 사용된다.
교반 냉각기 (22A) 안에는 완충액 탱크 (59) 가 배치되고, 완충액 탱크 (59) 안에는 축선방향으로 신축하는 압력 조절 벨로우즈 (61) 가 배치된다. 압력 조절 벨로우즈 (61) 에 의해서, 완충액 탱크 (59) 는 압력 조절 벨로우즈 (61) 의 개구부측의 챔버 (63) 및 압력 조절 벨로우즈 (61) 의 폐쇄벽측의 챔버 (65) 로 분리된다.
압력 조절 벨로우즈 (61) 의 개구부측의 챔버 (63) 는 압축 실린더의 압축 피스톤 (48) 의 배면측의 공간 (69) 에 연결된다. 또한, 팽창 실린더의 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (70) 과 챔버 (69) 의 격벽에 연결홀 (69') 이 형성되어, 두 공간 (69, 70) 이 상호 연결된다. 압력 조절 벨로우즈 (61) 의 폐쇄벽측의 챔버 (65) 는 파이프 (71) 를 통하여 하우징 (23) 의 크랭크 챔버 (26) 와 모터 챔버 (25) 에 연결된다.(이점에 있어서, 모터 챔버 (25) 와 크랭크 챔버 (26) 가 격벽 (24) 에 의해서 분할될지라도, 이들은 밀폐상태로 분할되지는 않고 상호 연결된다. 따라서, 명세서에서, 하우징 (23) 안의 공간으로의 연결이 언급된다.) 이들 압력 조절 벨로우즈 (61) 에는, 금속 벨로우즈 또는 수지나 고무 벨로우즈가 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 와 동일한 방식으로 사용된다.
팽창 실린더 블록 (54) 에는 압축 실린더 (45) 의 고온 챔버 (압축 공간)(49) 에 연결된 환형 매니폴드 (73) 가 구비되며, 추가로 복사열교환기 (74), 재생열교환기 (75) 및 냉각열교환기 (76) 가 연속적으로 연결되어 환형상태로 배치된다. 압축 실린더 블록 (45) 의 상단부 부근에, 연결홀 (77) 이 형성되어서, 고온 챔버 (압축 공간)(49) 와 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 가 연결홀 (77), 매니폴드 (73), 복사열교환기 (74), 재생열교환기 (75) 및 냉각열교환기 (76) 를 통하여 연속적으로 상호 연결된다.
복사열교환기 (74) 에는, 다관형 열교환기와 같은 환형 타입 열교환기 (열교환기에는 작동가스를 환형 열교환기내로 통과시키기 위한 다수의 튜브가 축선방향으로 배치되어 열교환기 챔버에서 냉각수를 통과시켜 작동가스를 냉각시킨다) 가 사용된다.
복사열교환기 (74) 는 냉각수를 순환시키기 위하여 냉각수 순환 파이프 라인 (78) 과 냉각수 펌프 (P1) 를 통하여 방열기 (79) 에 연결된다. 복사열교환기 (74) 에서 열교환되어 가열된 물은 방열기 (79) 의 냉각팬 (80) 에 의해서 냉각된다. 냉각수 순환 파이프 라인 (78) 은 저장부 밸브 (81) 를 통하여 물저장 탱크 (82) 에 연결된다. 또한, 방열기 (79) 는 배기구 (83) 와 배출 밸브 (84) 에 연결된다.
냉각열교환기 (76) 는 팽창 실린더 블록 (54) 의 상부 (냉각헤드 (85)) 에 형성된다. 냉각열교환기 (76) 는 그 내부에 작동가스 채널 (86) 을 구비하고, 냉각핀이 상기 교환기의 외부에 형성된다. 냉각열교환기에는, 목적을 위하여 다양한 구조가 사용된다. 예컨대, 상기 교환기는 팽창 실린더 블록 (54) 의 상부에 재킷벽을 배치하는 구조로 되어 재킷벽에서 에틸알콜, HFE, PFC, PFG, 질소 및 헬륨과 같은 냉각열 냉매가 순환된다.
본 발명의 교반 냉각기안에 압축 실린더 (45) 와 팽창 실린더 (46) 의 2 개의 피스톤을 배치하고, 교반 냉각기의 작동가스로 충전된 공간의 부피 변동을 증가시킴으로써, 냉각용량이 큰 교반 냉각기 (22A) 가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교반 냉각기의 작용을 다음에 설명할 것이다. 크랭크축 (34) 은 모터 (27) 에 의해서 정방향으로 회전하고, 크랭크 챔버 (26) 에 서 크랭크부 (37, 38) 는 서로 위상이 다르게 회전한다. 크로스 가이드 헤드 (41, 42) 는 크랭크부 (37, 38) 에 회전가능하게 연결된 연결 로드 (39, 40) 를 통하여 크로스 가이드 라이너 (43, 44) 에서 왕복운동한다. 압축 피스톤 로드 (50) 와 팽창 피스톤 로드 (57) 를 통하여 크로스 가이드 헤드 (41, 42) 에 연결된 압축 피스톤 (48) 과 팽창 피스톤 (55) 은 그들간이 위상차를 갖고 왕복운동한다.
팽창 피스톤 (55) 이 상사점 부근에서 약 90 도 만큼 천천히 전진하는 동안에, 압축 피스톤 (48) 은 중간 부근에서 상사점을 향하여 신속하게 움직여 작동가스의 압축작동을 수행한다. 압축된 작동가스는 연결홀 (77) 및 매니폴드 (73) 를 통하여 복사열교환기 (74) 내부로 유동한다. 복사열교환기 (74) 에서 냉각수로 열이 복사되는 작동가스는 재생열교환기 (75) 에서 냉각되고 채널 (86) 을 통하여 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 내부로 유동한다.
압축 피스톤 (48) 이 상사점 부근에서 천천히 움직일 때, 팽창 피스톤 (55) 은 하사점을 향하여 빠르게 움직이고, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 내부로 유동하는 작동가스는 신속하게 팽창되어서, 냉각열을 발생시킨다. 이에 따라, 팽창 공간을 둘러싸는 냉각헤드 (85) 가 냉각되어 저온에 도달한다.
팽창 피스톤 (55) 이 하사점으로부터 상사점으로 이동할 때, 압축 피스톤 (48) 은 중간 지점으로부터 하사점을 향하여 이동하고, 작동가스는 채널 (86) 을 통하여 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 로부터 재생열교환기 (75) 내부로 유동하고, 작동가스의 냉각열이 재생열교환기 (75) 에 축적된다. 재생열교환기 (75) 에 축적된 냉각열은 상술된 바와 같이 복사열교환기 (74) 를 통하여 고온 챔버 (49) 로 부터 주입된 작동가스를 다시 냉각시키기 위해서 재사용된다.
냉각헤드 (85) 의 냉각열은 냉동기, 냉각기, 투입식 냉각기, 저온 유체 순환기, 다양한 열특성 시험용 저온 등온 유니트, 등온 탱크, 열충격 시험장치, 냉동건조기, 저온 냉각기 및 다른 냉각열 이용 장치에서 사용된다.
복사열교환기 (74) 에서 열교환된 냉각수는 냉각수 순환 파이프라인 (78) 을 통하여 방열기 (79) 내부로 유동하고, 냉각팬 (80) 에 의해서 냉각되어, 다시 복사열교환기 (74) 에 순환된다.
본 발명에서, 압축 피스톤 로드 (50) 와 개구부 (51) 사이의 공간이 오일밀봉 벨로우즈 (53) 에 의해서 완전 밀봉되므로, 오일 또는 오일 미스트가 압축 실린더 (45) 에 들어가도록 크랭크 챔버 (26) 로부터 압축 피스톤 로드 (50) 를 따라 상승하는 것이 완전히 방지된다. 유사하게, 팽창 피스톤 로드 (57) 와 개구부 (52) 사이의 공간이 오일밀봉 벨로우즈 (58) 에 의해서 완전 밀봉되므로, 오일 또는 오일 미스트가 팽창 실린더 (46) 에 들어가도록 크랭크 챔버 (26) 로부터 팽창 피스톤 로드 (57) 를 따라 상승하는 것이 완전히 방지된다.
또한, 하우징 (23) 안의 공간에서는, 교반 냉각기의 작동 중에 온도가 상승하지만, 온도 상승과 함께 하우징 (23) 안의 공간의 압력이 상승한다. 또한, 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (69, 70) 에서 압력 변동이 발생된다. 하우징 (23) 의 공간에서의 압력 상승 및 공간 (69, 70) 의 압력 변동은 완충액 탱크 (59) 에서 흡수된다. 특히, 하우징 (23) 의 공간에서의 온도 상승에 의해서 압력이 상승하는 경우, 압력 조절 벨로우즈 (61) 가 배치되면, 압력 조절 벨로우즈 (61) 를 수축시키기 위하여 파이프 (71) 를 통하여 챔버 (65) 의 압력이 상승하여, 압력 상승은 효과적으로 흡수된다.
교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 는 역회전된다. 그때, 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 은 약 90 도의 위상차를 갖고, 모터 (27) 가 정방향으로 회전하는 경우와는 완전히 반대로 압축 피스톤 (48) 이 팽창 피스톤 (55) 의 역할을 하고, 팽창 피스톤 (55) 는 압축 피스톤 (48) 의 역할을 한다. 이에 따라, 팽창 실린더의 팽창 공간 내부의 작동가스는 팽창 피스톤 (55) 에 의해서 압축되어 열을 발생시킨다. 역회전은 온도 제어 작동이 교반 냉각기에 의해서 수행되는 경우이거나, 냉각열 이용장치의 냉각열교환기에서 발생된 서리가 제거되는 경우에 이용된다.
역회전에 의해서, 팽창 실린더 (46) 도 역시 고온에 도달하고, 이에 따라, 상승된 오일 또는 오일 미스트가 가열되어 탄화되어 실린더내로 부착되는 소위 말하는 탄화와 같은 문제가 발생하게 된다. 그러나, 오일 상승이 오일밀봉 벨로우즈 (58) 에 의해서 완전히 방지되므로, 탄화와 같은 문제도 발생하지 않는다.
[제 2 실시예]
도 3 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 2 실시예를 도시한다. 실시예의 교반 냉각기 (22B) 의 개요는 오일 상승을 방지하기 위한 오일밀봉 벨로우즈가 제공된다는 것이다. 오일밀봉 벨로우즈에 대하여, 크랭크 챔버내의 온도 상승에 기인한 압력 상승과, 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간의 압력 변동에 의한 악영향을 방지하기 위하여, 하우징 (23) 의 공간과 배면측의 공간에 연결되는 압력 조절 벨로우즈를 구비한 2 개의 완충액 탱크가 제공된다. 제 2 실시예는, 2 개의 완충액 탱크가 배치된다는 점에서 제 1 실시예와 다르지만, 다른 점에서 구성 및 작용은 제 1 실시예와 동일하다.
이점에 대하여 상세하게 설명될 것이다. 도 3 에서, 교반 냉각기 (22B) 에는 2 개의 완충액 탱크 (59, 60) 가 제공되며, 완충액 탱크 (59, 60) 에는 축선방향으로 신축하는 압력 조절 벨로우즈 (61, 62) 가 배치된다. 압력 조절 벨로우즈 (61, 62) 에 의해서, 완충액 탱크 (59, 60) 가 압력 조절 벨로우즈의 개구부측의 챔버 (63, 64) 와 압력 조절 벨로우즈의 폐쇄벽측의 챔버 (65, 66) 로 분할된다.
압력 조절 벨로우즈의 개구부측의 챔버 (63, 64) 는 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (69, 70) 에 파이프 (67, 68) 를 통하여 연결된다. 압력 조절 벨로우즈의 폐쇄벽측의 챔버 (65, 66) 는 파이프 (71, 72) 를 통하여 하우징 (23) 의 공간에 연결된다. 압력 조절 벨로우즈 (61, 62) 에서, 금속 벨로우즈가 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 와 동일한 방식으로 사용된다.
제 2 실시예의 작용은 제 1 실시예의 작용과 실질적으로 동일하지만, 제 2 실시예에서는, 하우징 (23) 의 공간안의 온도 상승에 수반하는 압력 상승 및 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동이 2 세트의 벨로우즈가 제공된 2 개의 완충액 탱크 (59, 60) 에 의해서 흡수된다.
[제 3 실시예]
도 4 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 3 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 제 3 실시예의 교반 냉각기 (22C) 에는 오일 상승을 방지하는 오일밀봉 벨로우즈가 제공된다. 크랭크 챔버의 온도 상승에 기인한 압력 상승에 의해서, 내부/외부 압력차가 오일밀봉 벨로우즈에서 발생하고, 압력 변동이 압축 피스톤 (48) 과 팽창 피스톤 (55) 의 피스톤 배면측의 공간 (69, 70) 에서 발생한다. 이것을 방지하기 위하여, 배면측의 공간 (69, 70) 은 오일 트래핑 장치 (오일 트랩)(87) 를 통하여 하우징 (23) 의 공간에 연결된다.
구체적으로, 압축 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 은 파이프 (67), 오일 트래핑 장치 (87) 및 파이프 (71) 를 통하여 하우징 (23) 의 공간에 연결된다. 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 의 피스톤 배면측의 공간에서의 압력 변동이 하우징 (23) 의 공간에서 흡수되어, 내부/외부 압력차가 오일밀봉 벨로우즈에서 발생되는 것이 방지된다.
크랭크 챔버에 있는 오일 또는 오일 미스트가 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 내부로 유동하는 것을 방지하도록 오일 트래핑 장치 (87) 가 배치되며, 오염 (오일 오물) 을 야기하는 오일의 종류 및 함량에 따라서 오일 필터 및 다른 적절한 구조물이 선택된다. 또한, 오염을 야기하는 물질을 포획하기 위하여, 게터제 (getter agent) 등이 물질에 따라서 사용된다.
[제 4 실시예]
도 5 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 4 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 제 4 실시예의 교반 냉각기 (22D) 에는 오일 상승을 방지하기 위한 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 와, 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동을 흡수하기 위한 완충액 탱크 (59') (완충액 탱크에는 압력 조절 벨로우즈가 구비되어 있지 않음) 가 제공된다. 또한, 크랭크 챔버의 오일 또는 오일 미스트가 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 내부로 유동하는 것을 방지하기 위하여 오일 트래핑 장치 (87) 가 제공된다.
추가적으로, 제 4 실시예에서는, 압력조절억제장치 (88) 가 오일 트래핑 장치 (87) 와 직렬로 연결되며, 압력조절억제장치 (88) 는 하우징 (23) 에 있는 오일 미스트가 오일 트래핑 장치 (87) 에 직접 도달하는 것을 방지하기 위하여 필요한 경우에 배치된다. 구체적으로, 압력조절억제장치 (88) 에는 모세관, 압력 조절 밸브 등이 사용된다.
[제 5 실시예 ]
도 6 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 5 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 제 5 실시예의 개요는 교반 냉각기 (22E) 가 크랭크 챔버 (26) 의 온도 상승에 의해서 야기되는 압력 상승이 작은 경우에 적용된다는 것이다. 구체적으로, 오일 상승을 방지하기 위하여 오일밀봉 벨로우즈 및 내압 오일 밀봉이 제공된다. 크랭크 챔버의 온도 상승에 의해서 야기되는 압력 상승은 내압 오일밀봉에 의해서 조종되며, 오일밀봉 벨로우즈 내부/외부의 압력 변동은 완충액 탱크에서 압력 조절 벨로우즈에 의해서 흡수된다.
도 6 의 (a) 에서, 하우징 (23) 의 상부 개구부 (51, 52) 와 압축 피스톤 로드 (50, 57) 사이에는 고무, 수지 등으로 제조되고 일반적인 구조이지만 내압성인 오일 밀봉 (오일밀봉 링)(89, 90) 이 제공된다. 또한, 압축 피스톤 (48) 과 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (69, 70) 은 개구부 (91) 를 통하여 상호 연결되며, 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 는 일체형으로 형성되어 공간 (69, 70) 을 분할하여 밀봉 챔버 (92) 를 형성한다. 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 는 벨로우즈 형태의 원통형 부분을 가지며 그 상부는 압축 피스톤 로드 (50) 와 팽창 피스톤 로드 (57) 에 고정되며 그 하부 둘레 가장자리는 압축 실린더 (45) 와 팽창 실린더 (46) 의 내면에 고정된다.
추가적으로, 제 1 실시예의 구조와 동일한 구조를 갖는 완충액 탱크 (59) 가 있으며, 그 내부에는 압력 조절 벨로우즈 (61) 가 형성된다. 개구부측의 챔버 (63) 는 파이프 (67) 를 통하여 공간 (69, 70) 에 연결되며, 폐쇄측의 챔버 (65) 는 파이프 (71) 를 통하여 밀봉 챔버 (92) 에 연결된다. 또한, 도 6 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 완충액 탱크 (59) 는 수평으로 반대 방향을 향하게 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이 구성된 제 5 실시예는 하우징 (23) 내부 공간의 온도 상승에 의해 야기되는 압력 상승이 작은 경우에 적용되며, 내압 오일 밀봉 (오일밀봉 링) (89, 90) 은 오일 상승을 방지하고, 하우징 (23) 의 공간의 온도 상승에 의해서 야기되는 압력 상승에 의한 밀봉 챔버 (92) 로의 영향이 방지된다.
또한, 압축 피스톤 (48) 과 팽창 피스톤 (55) 의 왕복 운동에 의해서 배면측의 공간 (69, 70) 과 밀봉 챔버 (92) 사이에 압력 변동이 야기되지만, 이 변동은 완충액 탱크 (59) 의 압력 조절 벨로우즈 (61) 에 의해서 흡수되어 소멸된다. 또한, 제 5 실시예는 상술한 바와 같이 밀봉 및 압력 조절 구조에서 제 1 실시예와 다르지만, 다른 구조 및 작용에 있어서는 동일하다.
[제 6 실시예]
도 7 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 6 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 개략적으로, 제 6 실시예의 교반 냉각기 (22F) 는 오일 상승을 방지하기 위하여 고무나 수지로 제조되는 일반적인 오일 밀봉이 제공되는 종래의 교반 냉각기에 크랭크 챔버의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 벨로우즈를 구비한 완충액 탱크가 제공된다는 점에 특징이 있다.
제 6 실시예는 오일 상승을 방지하기 위한 오일밀봉 구조에서 제 1 실시예와 상이하지만, 다른 구조 및 작용은 제 1 실시예와 동일하다. 구체적으로, 제 6 실시예에서는, 오일밀봉 벨로우즈 (53, 58) 를 배치하지 않고, 고무, 수지 등으로 제조된 일반적인 오일 밀봉 (93, 94) 이 하우징 (23) 의 상부 개구부 (51, 52) 와 압축 피스톤 및 팽창 피스톤 로드 (50, 57) 사이에 배치되어 오일 상승을 방지한다.
또한, 제 1 실시예와 동일한 방식으로, 교반 냉각기의 작동중에 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동과 하우징 (23) 내부 공간의 온도 상승을 수반하는 압력 상승이 완충액 탱크 (59) 에서 압력 조절 벨로우즈 (61) 에 의해서 흡수된다. 그 구조에서, 크랭크 챔버 (26) 의 압력 상승 중에 쉽게 야기되는 오일 밀봉 (93, 94) 의 파손 및 오일 상승 문제가 방지되며, 교반 냉각기의 내구성 및 성능이 향상된다.
[제 7 실시예]
도 8 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 7 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 개략적으로, 제 6 실시예와 동일한 방식으로, 제 7 실시예의 교반 냉각기 (22G) 는 오일 상승을 방지하기 위해서 고무나 수지로 제조된 일반적인 오일 밀봉이 배치되고, 압력 조절 벨로우즈가 제공된 완충액 탱크가 크랭크 챔버의 압력을 조절하기 위하여 배치되는 것이 특징이다. 그러나, 제 5 실시예와는 다르게, 2 개의 완충액 탱크 (59, 60) 가 제 2 실시예와 동일한 방식으로 배치된다.
또한, 교반 냉각기를 작동하는 동안에 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동과 하우징 (23) 내부의 온도 상승에 수반하는 압력 상승은 완충액 탱크 (59, 60) 에서 압력 조절 벨로우즈 (61, 62) 에 의해서 흡수된다. 그 구조에서, 크랭크 챔버 (26) 의 압력 상승 중에 쉽게 야기되는 오일 밀봉 (93, 94) 의 파손 및 오일 상승 문제가 방지되며, 교반 냉각기의 내구성 및 성능이 개선된다.
[제 8 실시예]
도 9 는 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 8 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 제 8 실시예의 교반 냉각기 (22H) 의 개요는 고무나 수지로 제조된 일반적인 오일 밀봉이 통상적인 오일 상승을 방지하기 위해서 배치되고, 압축 피스톤 (48) 및 팽창 피스톤 (55) 의 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동을 흡수하기 위한 벨로우즈가 제공되지 않은 완충액 탱크 (59') (압력 조절 벨로우즈가 구비되지 않은 완충액 탱크) 가 배치되고, 또한 크랭크 챔버 (26) 의 오일 또는 오일 미스트가 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 내부로 유동하는 것을 방지하기 위해 오일 트래핑 장치 (87) 가 배치된다는 것이다.
또한, 필요에 따라, 압력조절억제장치 (88) 가 오일 트래핑 장치 (87) 에 직렬로 연결된다. 압력조절억제장치 (88) 에는 모세관, 압력 조절 밸브 등이 제 4 실시예와 동일한 방식으로 사용된다.
또한, 제 1 실시예와 동일한 방식으로, 교반 냉각기의 작동 중에 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 의 압력 변동 및 하우징 (23) 내부 공간의 온도 상승이 압력조절억제장치 (88) 및 완충액 탱크 (59) 에 의해서 흡수된다. 그 구조에서, 크랭크 챔버의 압력 상승 중에 쉽게 야기되는 오일 밀봉의 파손 및 오일 상승 문제가 방지되며, 교반 냉각기의 내구성 및 성능이 개선된다.
[제 9 실시예]
도 10 은 본 발명에 따른 교반 냉각기의 제 9 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 제 9 실시예의 교반 냉각기 (22I) 에서, 고무, 수지 등으로 제조된 일반적인 오일 밀봉 (93, 94) 이 오일 상승을 방지하기 위하여 하우징 (23) 의 상부 개구부 (51, 52) 와 압축 피스톤 로드 (50, 57) 사이에 배치되며, 압축 피스톤 및 팽창 피스톤의 배면측의 공간 (69, 70) 이 파이프 (67), 오일 트래핑 장치 (87) 및 파이프 (71) 를 통하여 하우징 (23) 내부 공간에 연결되어, 공간 (69, 70) 에서 발생되는 압력 변동이 방지된다.
이하, 실시예에서 사용하기 위해 벨로우즈가 구비된 완충액 탱크가 설명될 것이다. 도 11 은 완충액 탱크 및 압력 조절 벨로우즈의 일부 구체적 실례를 도시하는 다이어그램이다. 도 11 의 (a) 는 1 세트의 벨로우즈로 이루어진 기본 구조를 도시하며, 이 벨로우즈는 상술한 실시예에서 이미 사용된 것들과 동일한 것이다. 교반 냉각기의 작동 중에 크랭크 챔버의 압력을 상승시키는 정적 변동 (static fluctuation) 에 대하여, 압력 조절 벨로우즈 (61) 는 천천히 이동하지만, 변위량은 커진다. 또한, 팽창 피스톤 등의 왕복 운동에 수반하는 배면측의 동적 압력 변동의 경우에, 변위량은 작고, 진동 작동이 수행된다.
도 11 의 (b) 는 초기에 설정된 압축력이 압축 코일 스프링 (95) 에 의해서 압력 조절 벨로우즈에 가해지는 구조를 도시한다. 이 구조에서, 압력 조절 벨로우즈의 변위량은 배면측의 압력 변동 (크랭크 챔버의 압력 상승 - 초기에 설정된 압축력) + 팽창 피스톤 등의 배면측의 압력 변동에 상응한다. 따라서, 크랭크 챔버의 압력 상승에 의한 변위가 초기 단계에서 가해지므로, 벨로우즈는 작동중에 변위량을 해결하도록 자유 길이 (free length) 에 근접하여서, 벨로우즈의 수명이 연장될 수 있다.
도 11 의 (c) 는 한 쌍의 좌우측 압력 조절 벨로우즈 (61, 61') 가 완충액 탱크에 일체형으로 배치되는 대향형 압력 조절 벨로우즈의 구조를 도시한다. 압력 조절 벨로우즈 (61, 61') 외부의 좌우측 공간 (96, 96') 은 중간 지지부 (97) 를 연결하기 위한 연결홀 (98) 을 통하여 상호 연결된다. 압력 조절 벨로우즈 (61, 61') 의 내부 공간은 압축 피스톤 등의 배면측에 연결되고, 압력 조절 벨로우즈 외부의 좌우측 공간 (96, 96') 은 크랭크 챔버측에 연결된다. 완충액 탱크의 경우에, 좌우측 압력 조절 벨로우즈 (61, 61') 가 배치되므로, 압력 조절 벨로우즈가 비교적 짧아질 수 있어서, 팽창/수축 방향에 수직인 방향으로의 편향이 제거될 수 있다.
도 11 의 (d) 는 압축 코일 스프링 (95, 95') 이 대향형 압력 조절 벨로우즈 (61, 61') 와 탱크 (59) 의 양쪽 단부 내면 사이에 배치되는 구조를 도시한다. 이에 따라, 도 11 의 (b) 에서와 동일한 작용/효과가 만들어진다. 구체적으로, 크랭크 챔버의 압력 상승에 의한 변위가 초기 단계에 가해지는 경우, 벨로우즈는 작동중에 변위량을 해결하도록 자유 길이에 근접하여서, 벨로우즈의 수명이 연장될 수 있다.
도 12 는 압력 조절 벨로우즈의 가이드 구조를 도시하는 다이어그램이다. 압력 조절 벨로우즈에서, 팽창/수축 방향의 크기가 커지면, 즉, 길어지면, 횡방향으로 편향이 발생된다. 해결 수단으로서, 도 12 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 완충액 탱크의 내면을 따라서 미끄럼이동하는 수지 등으로 제조된 환형 가이드 (100) 가 압력 조절 벨로우즈의 선단부에 부착된다.
또한, 도 12 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 가이드 바아 (101) 가 압력 조절 벨로우즈의 선단면으로부터 돌출되며, 상기 바아에 대향하는 가이드 실린더 (102) 가 완충액 탱크의 내부 단부면에 배치되어, 가이드 바아는 미끄럼이동방식으로 안내된다. 상술한 실시예로 배치된 압력 조절 벨로우즈에 상기 가이드 구조가 적용되는 경우에, 편향 문제는 해결될 수 있다. 도 12 의 (c) 는 안내 수단이 대향형 압력 조절 벨로우즈에서 사용되는 구조를 도시한다.
본 발명을 수행하기 위한 방식을 실시예에 기초하여 상세히 설명하였지만, 말할 나위도 없이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니며 첨부한 청구범위에 기재된 범위의 기술적 사상을 실현시키기 위해서 다양하게 실시될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서, 2-피스톤 타입 교반 냉각기가 사용되지만, 말할 나위도 없이, 본 발명은 디스플레이서 타입 및 다른 타입의 교반 냉각기에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 교반 냉각기는 다음의 효과를 제공할 수 있다:
(1) 하우징과 압축 및 팽창 피스톤 로드 사이의 공간이 오일밀봉 벨로우즈에 의해서 완전 밀봉되므로, 오일 상승 오염 (오일 상승 오물) 이 방지될 수 있다. 또한, 내구성이 우수한 오일 밀봉이 실현되며, 교반 냉각기의 성능 및 수명이 향상된다.
(2) 크랭크 챔버의 온도 상승에 수반하는 압력 상승은 압력 조절 벨로우즈가 구비되거나 구비되지 않은 완충액 탱크를 배치함으로써 해결되며, 압력 상승때문에 오일밀봉 벨로우즈의 내부/외부에서 발생된 압력 변동, 일반적인 오일 밀봉의 열화 및 오일상승 및 다른 문제가 방지될 수 있다.
(3) 오일 밀봉 또는 냉각기의 성능에 악영향을 끼치는, 압축 피스톤 및 팽창 피스톤 배면측에서 발생된 압력 변동 문제는 압력 조절 벨로우즈가 구비되거나 구비되지 않은 완충액 탱크를 사용함으로써 해결될 수 있다.
(4) 교반 냉각기 특유의 상술한 문제점을 해결함으로써, 프레온 이외의 냉매로서 에틸알코올, 질소 및 헬륨과 같은 저용융 냉매가 작동가스에 사용될 수 있고, 사용온도는 통상적인 냉각 장치의 사용온도보다 광범위하며, 본 발명은 광범위한 목적을 위한 냉각열 이용 장치에 적용될 수 있다. 또한, 지구 환경 문제에 적합하고 냉각 용량이 큰 장치가 제공될 수 있으며, 여기서 가열/냉각 작동은 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 행해질 수 있다.
상술한 실시예의 교반 냉각기에 사용하기 위한 실린더 블록의 일 예로서 실린더 블록 (54) 이 도 13 내지 도 16 을 참조하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다. 도 13 에서, 실린더 블록 (54) 은 내부 실린더 (131), 내부 실린더 (131) 의 하부 외부에 동심으로 배치된 복사열교환기 (74) 및 상기 교환기에 배치된 저온측 열교환 하우징 (상부 열교환 하우징) (132) 으로 구성된다. 내부 실린더 (131) 는 팽창 피스톤 (55) 이 왕복운동하는 실린더 공간을 형성하고, 상부 및 하부 (133, 134) 는 O-형상 링 (124) 에 의해서 조립되거나, 일체형으로 제조될 수 있다.
도 14 의 (a) 는 저온측 열교환 하우징 (132) 을 도시하며, 도 14 의 (b) 는 도 14 의 (a) 의 A-A 따라서 취한 평면도이며, 도 14 의 (c) 는 주요부분의 확대도이다. 도 13 및 도 14 에서, 저온측 열교환 하우징 (132) 은 원통형태를 갖고, 상부벽 (135), 측벽 (136) 및 하단 플랜지부 (137) 로 구성된다. 상부벽 (135) 은 플랜지 상부벽부 (135') 및 중간 상부벽부 (135") 로 구성되며, 중간 상부벽부 (135") 는 측벽 (136) 의 상단 내면에 일체형으로 용접된다. 또한, 상부벽 (135) 은 하기 설명되는 납형주조 (lost wax casting) 에 의해서 측벽 (136) 이 일체형으로 형성될 수 있다.
측벽 (136) 의 상단 내부 둘레면에는, 내부 실린더 (131) 의 외면이 밀접하게 인접하고, 다수의 길이방향의 미세한 홈 (139) 이 원주방향으로 간격을 두고 형성된다. 미세한 홈 (139) 및 내부 실린더 (131) 의 외면은 작동가스의 채널을 형성한다. 이러한 방식으로, 저온측 열교환 하우징 (132) 의 상부 (상술한 냉각헤드(85)) 는 냉각열교환기 (저온측 열교환기)(76) 를 형성한다. 냉각헤드 (85) 는 냉각열 냉매를 냉각시키기 위하여 공기, 물 및 알코올과 같은 냉각열 냉매와 접촉한다.
저온측 열교환 하우징 (132) 은 그 중간의 내부 둘레면에 형성된 환형 리세스 (141) 를 갖고, 내부 실린더 (131) 와 함께 환형 공간 (142) 을 형성하며, 하우징의 내부는 재생열교환기 (75) 를 형성하기 위하여 금속망 및 다른 재생열교환기 재료로 충전된다. 저온측 열교환 하우징 (132) 의 하단 플랜지부 (137) 는 복사열교환기 (74) 의 상단 플랜지부 (143) 위에 놓여진다.
본 발명의 저온측 열교환 하우징 (132) 은 SUS 및 다른 물질에 의한 납형주조에 의해서 주조된다. 구체적으로, 저온측 열교환 하우징 (132) 은, 냉각핀 (138) 이 외부 둘레면상에 형성되고 작동가스 채널 미세한 홈 (139) 이 내부 둘레면에 형성되도록 하우징이 납형주조에 의해 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 납형주조에 의해서 제조된 저온측 열교환 하우징 (132) 은 냉각핀 (138) 이 외면에 미세한 리브 형태로 정교하게 형성되기 때문에 복사 성능이 매우 우수하다. 또한, 내면에 형성된 축선방향의 미세한 홈 (139) 또한 정교하게 주조되어, 작동가스가 부분적으로 방해받지 않고 균일하게 유동할 수 있어서, 냉각 성능을 향상시킨다.
도 15 의 (b) 는 도 15 의 (a) 의 B-B 를 따라서 취한 평면도이며, 도 15 의 (c) 는 주요부분의 확대도이다. 도 13 및 도 15 에서, 복사열교환기 (74) 는 환형 열교환기이며, 고온측 열교환 하우징 (환형 열교환 하우징) (144) 과 이 하우징내로 동심으로 삽입되는 열교환 몸체 (145) 를 구비한다. 열교환 매체 채널 (146) 이 고온측 열교환 하우징 (144) 과 열교환 몸체 (145) 사이에 형성되고, 상단부와 하단부가 밀봉 (147) 에 의해서 밀봉된다. 유입구 (148) 와 유출구 (149) 가 형성되어 채널 (146) 에 연결된다.
다수의 방열핀 (150) 이 열교환 몸체 (145) 의 외부 둘레벽의 채널 (146) 에 대향하여 형성되며, 다수의 미세한 홈 (151) 이 열교환 몸체 (145) 의 내부 둘레벽 면상에 원주 방향으로 일정한 간격으로 형성되어, 내부 실린더 (131) 와 함께 헬륨 등의 열교환 유체 채널을 형성한다.
도 2 에서, 상술한 바와 같은 복사열교환기 (74) 가 냉각수를 순환시키기 위하여 냉각수 순환 파이프라인 (78) 과 냉각수 펌프 (P1) 를 통하여 방열기 (79) 에 연결된다. 복사열교환기 (74) 에서 열교환되어 가열된 냉각수는 방열기 (79) 의 냉각팬 (80) 에 의해서 냉각된다. 냉각수 순환 파이프라인 (78) 은 저장기 밸브 (81) 를 통하여 물 저장 탱크 (82) 에 연결된다. 또한, 방열기 (79) 는 배기구 (83) 에 연결되고, 또한 배출 밸브 (84) 에 연결된다.
본 발명의 복사열교환기 (74) 의 열교환 몸체 (145) 는 납형주조에 의해서 SUS, 구리, 알루미늄 및 다른 물질로 주조되고, 열교환 몸체 (145) 의 외면에 형성된 방열핀 (150) 은 미세한 리브 형상으로 정교하게 주조되어서, 매우 우수한 복사 성능이 제공된다. 또한, 내면에 형성된 축선방향의 미세한 홈 (151) 이 정교하게 일체형으로 주조되고, 작동가스가 부분적으로 방해받지 않으면서 균일하게 유동할 수 있어서, 냉각성능을 향상시킨다. 고온측 열교환 하우징 (144) 은 상술한 바와 같이 납형주조에 의해서 형성될 수도 있거나, 또는 통상의 철 주조법에 의해서 제조될 수도 있다.
도 16 은 본 발명에 따른 팽창 실린더 블록 (54) 의 저온측 열교환 하우징의 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 16 의 (a) 는 제 1 변형예로서 저온측 열교환 하우징 (132') 을 나타내며, 저온측 열교환 하우징 (132') 은 납형주조에 의해서 외부 둘레면에 일체형으로 형성된 핀 또는 플랜지를 구비하지 않는다. 제 1 변형예에서, 하우징은 핀 등이 제공되지 않은 상태로 사용되며 (도 16 의 (a) 의 상태), 열교환은 공기 및 다른 냉매가 둘레면과 접촉하여 행해진다. 다르게는, 외부 둘레면에는 사용을 위해 열교환될 냉매 등을 통과시키기 위한 열교환 튜브 (도시 안됨) 가 감겨지거나, 외부 핀 및 플랜지가 사용을 위해 둘레면에 나중에 부착된다.
도 16 의 (b) 는 나중 부착에 의해서 외부 핀 및 플랜지가 형성되는 제 2 변형예를 도시한다. 제 2 변형예인 저온측 열교환 하우징 (132") 에서, Cu, Al 및 SUS 등의 물질로 환형태로 제조된 외부 핀 (159) 과, 하우징과 동일한 물질로 이루어진 플랜지 (160, 161) 가 용접 등에 의해서 부착된다. 외부 핀은 나선형태 및 다른 형태를 가질 수도 있다.
이 구조에서, 팽창 피스톤 (55) 이 상사점 부근에서 약 90 도로 전방으로 천천이 이동하는 동안에, 압축 피스톤 (48) 은 중간 부근에서 상사점을 향하여 빠르게 이동하여 작동가스가 압축작동하게 한다. 압축된 작동가스는 연결홀 (77) 및 매니폴드 (73) 를 통하여 복사열교환기 (74) 의 미세한 홈 (151) 내부로 유동한다. 열이 복사열교환기 (74) 에서 냉각수로 복사된 작동가스는 재생열교환기 (75) 에서 냉각되고, 냉각열교환기 (76) 의 홈을 통하여 저온 챔버 (팽창 공간) 내부로 유동한다.
압축 피스톤 (48) 이 상사점 부근에서 천천이 이동할 때, 팽창 피스톤 (55) 은 하사점을 향하여 빠르게 이동하여, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 내부로 유동하는 작동가스는 빠르게 팽창되고, 이에 의해 냉각열을 생성한다. 이에 따라, 냉각헤드 (85) 는 냉각되어 저온에 도달한다.
계속해서, 냉각헤드 (85) 에서, 냉각 핀 (138) 과 접촉하는 냉각열 냉매가 냉각된다. 팽창 피스톤 (55) 이 하사점으로부터 상사점까지 이동할 때, 압축 피스톤 (48) 은 중간 위치로부터 하사점을 향해 이동하며, 작동가스는 저온 챔버 (56) 로부터 냉각헤드 (85) 의 미세한 홈 (139) 을 통해 재생열교환기 (75) 내로 유동하고, 작동가스의 냉각열은 재생열교환기 (75) 에 축적된다.
상술한 구성은 하기의 효과를 제공한다.
(5) 팽창 실린더 블록을 구성하는 상부 열교환 하우징에서, 내면에서 작동가스 채널을 일체형으로 형성하거나, 또는 내면에서 작동가스 채널 뿐만 아니라 외면상의 냉각열 냉매를 냉각시키기 위한 핀을 일체형으로 형성함으로써, 그리고 특히 정밀 성형을 위한 납형주조를 실행함으로써, 가공성이 향상되고, 교반 냉각기는 그 자체로 구조가 단순화되고, 비용 소모도 적다. 또한, 홈내의 작동가스는 부분적으로 차단되지 않으면서 균일하게 유동하며, 열교환 성능 및 신뢰성이 균일한 두께를 갖는 정밀하게 제조된 핀으로 인해 개선된다.
(6) 환형 열교환 하우징 및 복사열교환기의 열교환기 몸체가 일체형으로 형성되기 때문에, 특히 납형주조에 의해 정밀하게 부품을 성형하기 때문에 가공성이 향상되고, 낮은 가격이 실현될 수 있다. 홈내의 작동가스는 부분적으로 차단됨 없이 균일하게 유동함으로써, 열교환 성능과 신뢰도를 향상시킨다.
(7) 에틸알코올, 질소, 헬륨 및 다른 저용융 냉매와 같은 프레온 이외의 냉매가 작동가스로 사용되기 때문에 환경 특성에 우수한 프레온 대체 냉매가 제공될 수 있다.
또한, 실린더 블록은 교반 순환기, 비르미 (Wirmie) 순환기, 쿠크 야보로프 (Kuk Yaborof) 순환기 및 다른 교반 장치에서 특히 효과적이다.
다음으로, 도 17 은 상술한 제 1 실시예의 교반 냉각기 (22A) 를 사용하여 구성된 교반장치로서 등온 유체 순환장치 (211) 를 나타내고 있다. 또한, 도면에서 동일한 도면부호로 표시된 구성요소은 동일한 구성요소이다. 이 경우에, 냉각열교환기 (76) 외부에는 어떠한 냉각 핀도 형성되어 있지 않고, 그 대신에 냉각헤드 (85) 에서 냉각열 냉매를 냉각하기 위하여, 예컨대 도 18 에 도시된 바와 같이, 재킷 (261) 이 냉각헤드 (85) 둘레에 배치되어, 냉각열 냉매는 재킷 (261) 에서 흐른다. 또한, 도면부호 202 는 상자형 케이스를 나타내고, 하기에 설명될 교반 냉각기 (22A) 및 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 가 케이스 (202) 안에 배치된다.
냉각열 냉매를 순환시키기 위하여, 냉각헤드 (85) 는 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 및 냉각열 냉매 펌프 (P2) 를 통해서 도 19 에 개략적으로 도시된 냉각열 이용 장치 (208) 에 연결된다. 또한, 냉각열 냉매 유입구 스토퍼 (206) 가 케이스 (202) 외부에 배치되서 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 에 연결된다. 게다가, 유출구 스토퍼 (207) 가 케이스 (202) 외부에 배치되서 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 에 연결된다.
따라서, 유입구 스토퍼 (206) 및 유출구 스토퍼 (207) 는 냉동기와 같은 냉각열 이용 장치 (208) 의 냉각열 냉매 배관 (209) 의 유출구 단부 (220) 와 유입구 단부 (210) 에 분리가능하게 연결된다. 또한, 냉각열 이용 장치 (208) 의 실례로는 냉동기 뿐만 아니라 냉각기, 투입식 냉각기, 등온 유체 순환기, 다양한 열특성 시험을 위한 저온 등온 유니트, 등온 탱크, 열충격 시험장치, 냉동건조기, 저온 냉각기 등이 포함된다. 등온 유체 순환기 (211) 는 냉각열 이용 장치 (208) 를 유입구 스토퍼 (206) 및 유출구 스토퍼 (207) 에 연결함으로써 사용될 수 있다.
냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 는 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 의 중간에 배치된다. 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 는 단열벽 (264) 으로 유체 저장 탱크벽 (263) 을 덮음으로써 구성되고, 폐쇄형 또는 뚜껑을 구비한 개방형일 수 있다.
냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 의 용량은 냉동기의 냉동 능력, 목적 등에 따라 적절하게 설계될 수 있고, 예컨대 약 10 내지 20 리터의 용량이 사용된다. 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 안에 냉각열 냉매를 교반하기 위한 교반 블레이드 (265) 가 배치되어 모터 (266) 에 의해 회전된다. 그러므로, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 의 냉각열 냉매의 유체 온도가 일정하게 된다.
냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 는 냉각열 냉매를 저장하고 냉각열 냉매의 온도 변동을 감소시키는 기능을 갖는다. 냉각열 냉매로서 에틸알코올, HFE, PFC, PFG, 질소, 헬륨 등을 사용할 때, 그리고 냉각열 냉매의 온도의 경우 -150℃ 의 극저온이 얻어질 수 있다.
본 발명의 교반 냉각기를 이용하는 등온 유체 순환장치 (211) 에는 온도 조절 장치가 제공된다. 온도 조절 장치 (267) 는 교반 냉각기 (22A) 의 작동 제어와 유체 저장 탱크벽 (262) 의 외면에 장착된 전기히터 (268) 에 의한 가열을 모두 사용하거나 그 중 하나를 사용해서 온도 조절한다.
도 20 에서, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 에는 냉각열 냉매 온도 센서, 온도 설정을 실행하기 위한 온도 설정 패널 및 온도 제어 장치가 제공된다. 온도 제어 장치를 구성하는 온도 제어 회로 (도시되지 않음) 의 비교 회로에서, 냉각열 냉매 온도 센서에 의해 검출된 온도 표시 및 온도 설정 패널에서 설정된 값이 비교되어, 이 온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위에 있는지를 판단하고, 그 결과에 따라 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 가 PID 제어되어 냉각 온도를 조절한다. 다르게는, 전기히터 (268) 의 ON/OFF 제어를 실행함으로써, 또는 가열 온도를 조절하기 위하여 인버터 펄스 제어를 실행함으로써 냉각열 냉매의 온도가 조절될 수 있다. 몇몇 경우에는, 냉각헤드 (85) 를 고온 상태로 두기 위하여 모터 (27) 를 역회전시킴으로써 온도 조절 작동이 실행될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예의 교반 냉각기를 이용하는 등온 유체 순환장치 (211) 의 작용은 하기에 설명될 것이다. 냉각열 이용 장치 (208) 에서 냉동 또는 냉각 작용을 실행하기 위하여, 냉각헤드 (85) 에서 냉각된 냉각열 냉매는 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 및 냉각열 냉매 유출구 스토퍼 (207) 로부터 냉동기와 같은 냉각열 이용 장치 (208) 의 냉각열 냉매 배관 (209) 으로 공급된다. 냉각열 이용 장치 (208) 에서 냉각열 냉매는 열을 흡수해서 냉각 작용을 실행하고, 냉각열 냉매 배관 (209) 으로부터 냉각열 냉매 유입구 스토퍼 (206) 로 공급된 후, 유체를 저장하기 위하여 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 을 통해 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 내로 회수된다.
계속해서, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 의 냉각열 냉매는 펌프 (P2) 를 경유해서 교반 냉각기 (22A) 의 냉각헤드 (85) 로 회수된다. 본 발명에서, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 는 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 의 중간에 배치되고, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 는 온도 변동을 억제하기 위하여 완충액으로서 기능한다.
계속해서, 온도 제어 회로 (267) 를 구성하는 온도 제어 회로의 비교회로에서, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (262) 안에 위치된 온도 센서에 의해 검출된 온도 신호 및 온도 설정 패널에서 설정된 온도가 비교되어, 이 온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위에 있는지를 판단하고, 그 결과에 따라 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 가 PID 제어되어 냉각열 냉매 온도를 조절한다. 계속해서, 냉각온도를 조절하기 위하여 전기히터 (268) 의 ON/OFF 제어 또는 인버터 펄스 제어를 실행함으로써, 또는 전기히터의 가열 온도를 조절함으로써 냉각열 냉매의 온도가 조절될 수 있다.
냉각열 냉매의 온도 제어를 실행하기 위하여, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 의 작동제어와 전기 히터 (268) 모두가 사용되거나, 이들 중 하나가 사용될 수 있다. 모터 (27) 의 작동제어와 전기 히터 (268) 의 가열이 모두 사용될 때, 더욱 정밀한 온도 제어가 실행될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 모터 (27) 의 역회전에 의한 가열작동이 이용될 수 있다. 구테적으로, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 가 역회전할 때, 압축 피스톤 (45) 및 팽창 피스톤 (55) 이 약 90 도의 위상차를 갖고, 모터 (27) 가 정회전하는 경우와 완전히 반대로, 압축 피스톤 (48) 은 팽창 피스톤으로 작용하고, 팽창 피스톤 (55) 은 압축 피스톤으로 작용한다.
그럼으로써, 팽창 실린더의 팽창 공간내의 작동가스는 팽창 피스톤 (55) 에 의해 압축됨으로써 열을 발생시키고, 냉각열 냉매는 냉각헤드 (85) 에 의해 가열된다. 구체적으로, 통상적인 냉각작동이 실행되면서, 등온 탱크 (262) 의 온도가 측정된다. 그 결과에 따라, 온도 제어 장치의 온도 제어 회로에 의해, 모터 (27) 는 계속 역회전하여 가열작동을 실행하도록 제어되므로, 일정한 온도가 유지될 수 있다.
서리가 냉각헤드 (85) 에서 발생되면, 냉각열 이용 장치 (208) 의 가열/냉각열교환기 등이 제거되어, 서리는 서리 센서에 의해 검출된다. 서리제거 제어회로에 의해, 모터가 상술한 바와 같이 역회전해서 냉각헤드 (85) 를 가열한다. 다르게는, 냉각열 냉매의 가열/순환에 의해, 서리제거가 효과적으로 실행될 수 있다.
도 21 은 도 17 에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 교반 냉각기 (22A) 의 구조는 도 17 의 실시예의 구조와 동일하지만, 그 내부 구조가 간단하게 도시되어 있다(완충액 탱크 (59) 등은 생략됨). 교반 냉각기를 사용하는 등온 유체 순환장치 (211') 에서, 냉각열교환기 (76) 의 냉각헤드 (85) 에 의해 냉각되는 냉각열 냉매 (이하, 1 차 냉각열 냉매로 지칭됨) 에 의해, 2차 냉각열 냉매가 냉각되고, 냉각 작용을 실행하도록 냉각열 이용 장치에서 순환된다. 이러한 목적을 위해, 2차 냉각열 냉매를 저장하기 위한 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 와 2차 냉각열 저장 파이프라인 (270) 이 제공된다.
도 17 의 실시예와 동일하게, 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 에서, 유체 저장 탱크벽이 단열벽으로 둘러싸이고, 용량은 냉동기의 냉동 능력, 목적 등에 따라 적절하게 설계된다. 예컨대, 약 10 내지 20 리터의 용량이 사용된다. 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 에서 냉각열 냉매를 교반하기 위한 교반 블레이드 (도시되지 않음) 가 회전가능하게 배치되어 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 의 냉각열 냉매의 유체 온도가 일정하게 된다.
1차 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 은 펌프 (P2) 를 경유해서 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 의 열교환기 (271) 에 연결되어, 냉각헤드 (85) 를 냉각시키기 위한 재킷 (261) 과 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 사이에서 1차 냉각열 냉매를 순환시킨다. 2차 냉각열 냉매 파이프라인 (270) 은 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 로부터 유출구 스토퍼 (206) 와 유입구 스토퍼 (207) 에 연결되고, 2차 냉각열 냉매는 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 와 냉각열 이용 장치의 열교환 파이프라인 사이에서 순환된다.
실시예에 따라, 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (269) 의 2차 냉각열 냉매는 1차 냉각열 냉매에 의해 완전히 냉각되고, 1차 냉각열 냉매의 일부분이 2차 냉각열 냉매 파이프라인 (270) 에 의해 냉각열 이용 장치로 순환되어 냉각작용을 실행하므로, 교반 냉각기 (22A) 의 작동상태의 변동에 의해 발생되는 2차 냉각열 냉매의 온도 변동이 억제된다. 본 실시예에서 조차, 온도 제어는 도 17 과 동일한 방식으로 온도 제어 장치에 의해 실행된다.
도 22 는 도 17 의 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서, 교반 냉각기 (22A) 자체의 구성은 도 17 의 구성과 동일하지만, 교반 냉각기를 사용하는 등온 유체 순환장치 (211") 에서 냉각헤드 (85) 는 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 안에 직접 배치된다.
구체적으로, 냉각열 냉매는 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 에 수용되고, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 내의 전체 냉각열 냉매는 냉각헤드 (85) 에 의해 직접 냉각된다. 또한, 냉각 작용을 실행하기 위하여 냉매는 냉각열 냉매 파이프라인 (205) 과 펌프 (P2) 에 의해 냉각열 이용 장치쪽으로 순환된다.
도 17 의 실시예와 동일하게, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 는 단열벽으로 유체 저장탱크 벽을 둘러싸서 형성되고, 그 용량은 냉동기의 냉동 능력 및 목적 등에 따라 적절히 설계된다. 예컨대, 약 10 내지 20 리터의 용량이 사용된다. 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 에서, 냉각열 냉매를 교반시키기 위한 교반 블레이드 (도시되지 않음) 가 회전가능하게 배치되어, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 의 냉각열 냉매의 유체 온도가 일정하게 된다.
실시예에서, 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크 (272) 는 냉각열 냉매를 냉각시키기 위한 열교환기 및 온도 변동을 억제시키기 위한 완충액의 기능을 모두 갖기 때문에, 그 구조는 극히 단순화되어 있다. 또한, 냉각열 냉매가 직접 냉각되기 때문에, 냉각 효과가 탁월하다. 또한 본 실시예에서, 온도 제어는 도 17 의 실시예와 동일한 온도 제어 장치에 의해 실행된다.
또한, 상술한 실시예에서, 2-피스톤형 교반 냉각기가 사용되지만, 말할 필요도 없이 디스플레이서형 및 다른 형태의 교반 냉각기가 사용될 수 있다.
이 경우에, 본 발명의 교반 냉각기를 사용하는 등온 유체 순환장치 (211) 는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다:
(8) 교반 냉각기가 등온 유체 순환장치를 구성하도록 사용되기 때문에, 작동가스로서 에틸알코올, 질소, 헬륨 및 다른 저융융 냉매와 같은 프레온 이외의 냉매를 사용함으로써 지구 환경문제에 적합한 등온 유체 순환장치가 실현될 수 있다. 또한, 작동 온도는 종래의 냉각 장치와 비교할 때 더 넓은 범위에 있으며, 특히 -100℃ 내지 -150℃ 의 극저온 범위가 실현될 수 있다. 본 발명은 확장된 범위로 적용되는 냉각열 이용 장치에 적용될 수 있다.
(9) 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크는 냉각열 냉매를 저장하도록 배치되어 있기 때문에, 유체 탱크내의 냉각열 냉매가 냉각되고, 냉매의 일부분은 냉각열 이용 장치에서 순환되고, 냉각열 냉매의 변동이 억제되어 일정한 온도를 유지하고, 또한 일정한 온도에서의 작동이 실현될 수 있다.
(10) 교반 냉각기의 작동이 제어되고, 냉각열 냉매 유체 탱크에는 전기히터가 제공되므로, 정확한 온도제어가 가능하다.
(11) 등온 유체 순환장치를 이용하는 교반 냉각기는 소형이고, 효과계수가 높고, 에너지 효율이 우수한 교반 냉각기의 특성을 최적화함으로써 실현될 수 있다.
또한, 도 23 은 제 1 실시예의 상술한 교반 냉각기 (22A) 를 사용하여 이루어진 교반 장치로서 열충격 시험장치 (301) 를 나타내고 있다. 또한, 도면에서 도 2 에서와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소는 동일하며, 교반 냉각기 (22A) 자체는 단순하게 도시되어 있다. 도면에서, 열충격 시험장치 (301) 는 교반 냉각기 (22A) 및 냉각 또는 가열이 교반 냉각기 (22A) 에 의해 실행되는 열특성 시험 탱크 (303) 로 이루어진다.
또한, 이 경우에, 팽창 실린더 블록 (54) 의 상부 (냉각헤드 (85)) 에 형성된 냉각열교환기 (76) 는 팽창 실린더 블록 (54) 내부에 형성된 작동가스 채널 (86) 및 외부에 형성된 냉각 핀 (347) 을 갖는다. 재킷 (348) 은 냉각헤드 (85) 를 완전히 덮도록 배치되고, 냉각열 냉매용 유입구 및 유출구는 재킷 (348) 에 형성된다.
열특성 시험 탱크 (303) 는 외부로부터 단열벽 (349) 에 의해 둘러싸이고 금속재료 등으로 이루어진 탱크 벽 (305) 을 가지며, 냉각열 냉매의 유입구 및 유출구가 형성되어 있다. 열특성 시험 탱크 (303) 의 내부에서, 밀봉 저장 케이스 (352) 가 열특성 시험을 받도록 된 전자 부품과 같은 피시험 물체 (351) 를 저장하기 위하여 분할/형성되어 있다. 저장 케이스 (352) 의 상부는 개방되어 있으며, 뚜껑 (353) 은 개구부를 폐쇄하기 위하여 개방/폐쇄가능하게 장착되어 있다.
공기, 질소 및 헬륨과 같은 냉각열 냉매가 열특성 시험 탱크 (303) 와 냉각헤드 (85) 사이에서 사용을 위해 순환될 때, 저장 케이스 (352) 는 벽에 배기구를 형성함으로써 또는 격자형 부재를 사용함으로써 구성될 수 있다. 다르게는, 어떠한 저장 케이스 (352) 도 배치되지 않을 수 있다. 이 구조에서, 순환하는 냉각열 냉매는 피시험 물체에 직접 접촉해서 이 물체를 직접 냉각 또는 가열한다.
재킷 (348) 의 유출구는 냉각열 냉매 파이프라인 (354) 및 펌프 (P2) 를 통해서 열특성 시험 탱크 (303) 의 유입구에 연결되고, 재킷 (348) 의 유입구는 냉각열 냉매 파이프라인 (354) 을 통해서 열특성 시험 탱크 (303) 의 유출구에 연결된다. 그럼으로써, 냉각열 냉매는 재킷 (348) 과 열특성 시험 탱크 (303) 사이에서 순환하면서 유동한다. 냉각열 냉매로서 에틸알코올, HFE, PFC, PFG, 공기, 질소, 헬륨 등이 사용될 수 있다.
도 26 은 열충격 시험장치 (301) 의 온도 조절 장치 (355) 를 나타낸다. 온도 조절 장치 (355) 는 온도 설정 패널, 온도 설정 패널에 의해 온도 설정을 가능하게 하는 온도 제어 장치 및 열특성 시험 탱크 (303) 또는 저장 케이스 (352) 안에 배치된 온도 센서를 갖는다.
온도 제어 장치 (355) 를 구성하는 온도 제어 회로의 비교 회로에서, 온도 센서에 의해 검출된 저장 케이스 (352) 의 온도 신호와 설정 온도가 비교되고, 그온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위내에 있는지를 판단하며, 그 결과에 따라 작동 실행 중에 설정 온도를 유지하기 위하여 모터 (27) 는 PID 제어되거나 모터 (27) 는 정방향 또는 역방향으로 회전된다.
또한, 열특성 시험 탱크 (303) 에 전기히터가 구비되면, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 의 작동 제어에 의해서, PID 제어함으로써 온도제어할 뿐만 아니라 전기히터를 가열하여, 더욱 정밀한 온도 제어가 실행될 수 있다.
또한, 본 발명의 상술한 실시예에 따른 열충격 시험장치 (301) 의 작용이 하기에 설명될 것이다. 교반 냉각기 (22A) 가 작동할 때, 압축 피스톤 (48) 은 천천히 상술한 상사점 부근으로 이동하고, 팽창 피스톤 (55) 은 급속히 하사점을 향해 이동하며, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 내로 유동하는 작동가스는 급속하게 팽창됨으로써 냉각열을 발생시킨다. 그럼으로써, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 를 둘러싸는 냉각헤드 (85) 는 냉각되어 저온에 이른다.
이는 냉각기 (22A) 가 냉각/작동되어 열특성 시험 탱크 (303) 가 저온 상태에 놓이는 경우이다. 가열/작동이 실행되어 열특성 시험 탱크 (303) 가 고온 상태에 놓일 때 모터 (27) 는 역회전된다. 이때, 상술한 바와 같이, 팽창 실린더 (55) 는 압축 실린더로 작용하고, 압축 실린더 (48) 는 팽창 실린더로 작용하며, 냉각열교환기 (76) 는 복사열교환기로서의 기능을 하고, 냉각헤드 (85) 는 고온에 도달한다. 그럼으로써, 냉각열 냉매는 가열되어 고온에 도달하며, 피시험 물체의 온도를 상승시키기 위하여 재킷 (348) 과 열특성 시험 탱크 (303) 내에서 순환된다.
이런 방식으로 모터 (27) 의 정회전과 역회전을 변환함으로써, 냉각기의 냉각 작동 및 가열 작동이 변환되고, 열특성 시험 탱크 (303) 의 온도가 하강하거나 상승되어, 저온 상태와 고온 상태가 급속하게 바뀔 수 있고, 온도 변화에 의한 열충격이 피시험 물체에 가해질 수 있다.
열특성 시험 탱크 (303) 에서 피시험 물체 (351) 에 부가된 온도는 온조 조절 장치 (355) 의 온도 설정 패널에 의해 설정된다. 설정 온도가 저온 영역 또는 고온 영역에 있는 지에 따라, 모터 (27) 는 온도 제어 회로에 의해 정회전 또는 역회전하도록 제어된다.
계속해서, 교반 냉각기 (22A) 가 작동할 때, 열특성 시험 탱크 (303) 의 온도는 온도 센서에 의해 검출되며, 검출 온도 및 온도 설정 패널에 의해 설정된 온도는 온도 제어 장치를 구성하는 온도 제어 회로의 비교회로에서 비교되어, 이 온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위내에 있는지를 판단한다. 그 결과에 따라, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 가 제어된다. 몇몇 경우에 (설정 온도와 검출 온도 사이에 큰 온도 차이가 있는 경우, 그리고 다른 경우에), 모터 (27) 의 회전 방향은 온도를 급속하게 상승시키거나 하강시키도록 변환되고, 설정 온도를 유지하면서 작동이 실행된다.
게다가, 열특성 시험 탱크 (303) 에는 전기히터가 제공되기 때문에, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 의 작동 제어에 의한 온도 제어 뿐만 아니라, 전기히터를 제어하고 가열함으로써 더욱 정밀한 온도 제어가 또한 가능하다.
또한, 냉각헤드 (85) 와 열특성 시험 탱크 (303) 에 발생된 서리가 제거될 때, 서리는 이러한 위치에 놓인 서리 센서에 의해 감지된다. 서리제거 제어 회로에 의해, 서리제거를 실행하기 위하여 열특성 시험 탱크 (303) 에 위치된 전기 히터에 의해 가열이 실행된다. 또한, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 를 정방행과 역방향으로 회전시킴으로써 냉각 헤드 (85) 의 온도가 상승되고, 서리제거가 신속하고 효과적으로 실행될 수 있다.
도 24 는 도 23 의 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 24 에 도시된 열충격 시험장치 (356) 에서, 교반 냉각기 (22A) 는 도 23 의 실시예와 동일하지만, 열특성 시험 탱크의 구조는 상이하다. 도 23 과 동일하게, 열특성 시험 탱크 (357) 는 외부로부터 단열벽 (358) 에 의해 둘러싸인 금속재료 등으로 제조된 탱크 벽 (359) 을 갖고, 상부 개구부에는 개방/폐쇄가능한 뚜껑 (360) 이 제공되고, 피시험 물체 (351) 가 놓여져야 하는 선반모양 부재 (361) 가 내부에 위치된다. 열특성 시험 탱크 (357) 의 탱크 벽 (359) 둘레로 도 24 의 (b) 에서 도시된 바와 같이, 열교환 코일 (362) 이 감겨 냉각열 냉매 파이프라인 (354) 에 연결된다.
본 실시예의 열충격 시험장치 (356) 에서, 냉각헤드 (85) 에 의해 냉각되는 냉각열 냉매는 펌프 (P3) 를 경유해서 냉각열 냉매 파이프라인 (354) 을 통해서 공급되며, 열특성 시험 탱크 (357) 의 내부는 열교환 코일 (362) 에 의해 냉각 또는 가열된다. 열특성 시험 탱크 (357) 에 온도 센서를 제공함으로써, 도 23 의 실시예와 동일하게 온도 조절이 실행될 수 있다.
도 25 는 도 23 의 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 실시예의 열충격 시험장치 (363) 에 대해, 교반 냉각장치 (22A) 는 도 23 의 실시예의 교반 냉각기 (22A) 와 동일하지만, 열특성 시험 탱크 (364) 의 구조는 상이하다. 열특성 시험 탱크 (364) 는 도 23 의 실시예와 동일한 방식으로 단열벽에 의해 둘러싸인, 금속재료 등으로 제조된 탱크를 갖는다.
하지만, 교반 냉각기 (22A) 의 냉각헤드 (85) 는 열특성 시험 탱크 (364) 안에 배치되어 열특성 시험 탱크 (364) 의 바닥부분을 직접 통과한다. 열특성 시험 탱크 (364) 는 격자형 선반형상 판 (365) 을 갖고, 이 판상에는 피시험 물체 (351) 가 놓여진다. 선반형상 판 (365) 을 배치하지 않으면, 피시험 물체 (351) 는 냉각헤드 (85) 의 상부면에 직접 놓여, 직접 냉각되거나 가열될 수 있다. 또한, 선반형상 판 (364) 대신에, 도 23 의 실시예에 도시된 것과 같은 저장 케이스가 열특성 시험 탱크 (364) 안에 배치될 수 있다.
본 실시예의 열충격 시험장치 (363) 에서, 열특성 시험 탱크 (364) 에 온도 센서를 제공함으로써, 도 23 의 실시예와 동일하게 온도 조절이 실행될 수 있다. 열충격 시험장치 (363) 에서, 냉각헤드 (85) 가 열특성 시험 탱크 (364) 안에 직접 배치되기 때문에, 열특성 시험 탱크 (364) 에서의 냉각/가열 효과가 탁월하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다:
(12) 교반 냉각기 (22A) 의 모터를 정방향 및 역방향으로 회전시킴으로써 냉각/가열이 실행되기 때문에, 종래 기술과는 다르게 구조가 간단하고 비용이 저렴한 소형 열충격 시험장치가 독립적인 냉각장치와 가열장치의 조합 없이도 실현될 수 있다.
(13) 저온 및 고온의 넓은 온도 범위가 실현될 수 있으며, 냉각헤드 (85) 의 냉각 및 가열이 정방향 및 역방향 회전에 의해 급속하게 변환될 수 있다. 교반 냉각기 (22A) 의 이러한 특성을 주목하고 이용함으로써, 열충격 시험장치에 있어서 최근에 바람직한 넓은 온도 영역에서의 열특성 시험 및 온도의 급속한 상승/하강이 실현될 수 있다. 특히, 액체 질소 수준의 극저온 영역 (-200℃ 부근) 의 열특성 시험이 또한 가능하다.
(14) 종래의 프레온 이외의 냉매가 사용될 수 있기 때문에, 지구 환경 문제에 적합하고, 효과계수가 높고, 에너지 효율이 우수한 열충격 시험장치가 실현될 수 있다.
또한, 도 27 은 도 2 의 교반 냉각기 (22A) 를 사용하여 구성된 교반 냉각기로서 냉동건조기 (401) 의 하나의 실시예를 나타낸다. 도면에서, 냉동건조기 (401) 는 교반 냉각기 (22A), 이 교반 냉각기 (22A) 에 의해 냉각되거나 가열되는 냉동/건조 탱크 (403) 로 이루어진다.
이 경우에, 팽창 실린더 블록 (54) 의 상부 (냉각헤드 (85)) 에 형성된 냉각열교환기 (76) 는 팽창 실린더 블록 (54) 의 내부에 형성된 작동가스 채널 (86) 및 외부에 형성된 냉각 핀 (447) 을 갖는다. 재킷 (448) 은 냉각헤드 (85) 를 완전히 둘러싸도록 배치되며, 냉각열 냉매를 위한 유입구 및 유출구가 재킷 (448) 에 형성된다.
도 27 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 냉동/건조 탱크 (403) 는 외부로부터 단열벽 (449) 에 의해 둘러싸인, 금속재료 등으로 제조된 탱크벽 (405) 을 갖고, 상부 개구부에는 개방/폐쇄가능한 뚜껑 (451) 및 선반형상부 (452) 가 제공되며, 이 선반형상부 상에는 건조될 물체 (O) 가 내부에 배치된다. 열교환 코일 (453) 은 냉동/건조 탱크 (403) 의 탱크벽 (450) 둘레에 감겨, 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 에 연결된다.
냉각열 냉매 파이프라인 (454) 및 재킷 (448) 사이에서 냉각열 냉매를 순환시키기 위하여, 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 은 펌프 (P4) 를 경유해서 재킷 (448) 과 열교환 코일 (453) 을 연결한다. 냉각열 냉매로서, 에틸알코올, HFE, PFC, PFG, 질소, 헬륨 등이 사용된다.
도 31 은 본 발명의 냉동건조기의 온조 조절 장치 (455) 를 나타낸다. 온도 조절 장치 (455) 는 건조 목적 등에 따라 냉동 온도를 설정하기 위한 온도 설정 패널, 이 온도 설정 패널에 의해 온도 설정을 가능하게 하는 온도 제어 장치 및 이 냉동/건조 탱크 (403) 에 배치된 온도 센서를 갖는다. 온도 제어 장치 (455) 를 구성하는 온도 제어 회로의 비교 회로에서, 온도 센서에 의해 검출된 냉동/건조 탱크 (403) 의 온도 신호는 설정 온도와 비교되어, 이 온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위내에 있는지 판단되고, 그 결과에 따라 모터 (27) 는 PID 제어된다. 다르게는, 모터 (27) 를 역방향 또는 정방향으로 회전시킴으로써 설정 온도를 유지하면서 작동이 실행될 수 있다.
본 발명의 상술한 실시예에 따른 냉동건조기 (401) 의 작용이 하기에 설명될 것이다. 상술한 바와 같이, 압축 피스톤 (48) 이 상사점 부근에서 천천히 이동할 때, 팽창 피스톤 (55) 은 하사점을 향해 신속하게 이동하며, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 내로 유동하는 작동가스는 급속하게 팽창됨으로써 냉각열을 발생시킨다. 그럼으로써, 저온 챔버 (팽창 공간)(56) 를 둘러싼 냉각헤드 (85) 는 냉각되어 저온 상태가 된다.
냉각헤드 (85) 에 의해 냉각된 냉각열 냉매는 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 을 경유해서 재킷 (448) 으로부터 냉각 코일 (453) 에 공급된다. 그럼으로써, 냉동/건조 탱크 (403) 는 냉각되고, 탱크내의 수분이 응결되며, 탱크의 내부는 건조 상태에 놓이게 된다. 건조 될 물체 (O) 는 냉동/건조 탱크 (403) 에서 건조된다.
또한, 냉동/건조 탱크 (403) 에서 세정 중에 부착된 서리를 제거되면, 모터 (27) 는 역회전된다. 이때, 상술한 바와 같이, 팽창 실린더 (46) 는 압축 실린더로 작용하고, 압축 실린더 (45) 는 팽창 실린더로 작용하며, 냉각열교환기 (76) 는 복사열교환기로서의 기능을 하고, 냉각헤드 (85) 는 고온에 도달한다. 계속해서, 냉각열 냉매가 가열되어 재킷 (448) 과 냉동/건조 탱크 (403) 에서 순환된다. 그럼으로써, 냉동/건조 탱크 (403) 내부의 온도는 상승되고, 내벽상에 응결된 서리 등과 냉각헤드의 서리가 제거될 수 있다. 따라서, 전기히터 등이 특별히 설치되어 있지 않더라도, 서리제거가 효과적으로 실행될 수 있다.
계속해서, 교반 냉각기 (22A) 가 작동하는 동안, 냉동/건조 탱크 (403) 내의 온도는 온도 센서에 의해 검출되고, 검출된 온도는 온도 제어 장치를 구성하는 온도 제어 회로의 비교 회로에서 온도 설정 패널에 의해 설정된 온도와 비교되어, 이 온도가 설정 온도에 맞춰진 사용가능한 온도 범위내에 있는지를 판단한다. 그 결과에 따라, 교반 냉각기 (22A) 의 모터 (27) 는 PID 제어된다. 몇몇 경우에 (설정 온도와 검출 온도 사이에 큰 온도차이가 있는 경우, 및 다른 경우에 있어서), 모터 (27) 의 회전 방향이 변환되어 온도를 급속하게 상승 또는 하강시키고, 설정 온도를 유지하면서 작동이 실행된다.
도 28 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 28 의 (a) 는 전체 구조를 나타내고, 도 28 의 (b) 는 냉동/건조 탱크이 주요 부분의 구조를 나타낸다. 냉동건조기 (456) 에서, 교반 냉각기 (22A) 의 구조는 도 27 의 실시예의 것과 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략되지만, 냉동/건조 탱크 (457) 의 구조는 상이하다. 도 27 의 실시예와 동일한 방식으로, 냉동/건조 탱크 (457) 는 외부로부터 단열벽 (458) 에 의해 둘러싸인, 금속재료 등으로 제조된 탱크 벽 (459) 을 갖고, 상부 개구부에는 개방/폐쇄가능한 뚜껑 (460) 이 제공된다. 탱크 벽 (459) 의 내부에 열교환 코일 (461) 이 감겨, 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 에 연결된다. 또한, 열교환 코일 (461) 내부에는 건조될 물질 (O) 을 지지하기 위한 격자 또는 금속망형 지지 선반형상부 (462) 가 배치된다.
실시예의 냉동건조기 (456) 에서, 냉각헤드 (85) 에 의해 냉각되는 냉각열 냉매가 재킷 (448) 으로부터 펌프 (P4) 를 경유해서 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 을 통해 열교환 코일 (461) 에 공급된다. 그럼으로써, 냉동/건조 탱크 (457) 는 냉각되고, 탱크내의 수분이 응결되며, 탱크의 내부는 건조 상태가 된다. 건조될 물체 (O) 는 냉동/건조 탱크 (457) 에서 건조된다.
도 29 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 본 실시예의 냉동건조기 (463) 에 대해, 교반 냉각기 (22A) 는 도 27 의 실시예의 교반 냉각기 (22A) 와 동일하므로 상세한 설명은 생략되지만, 냉동/건조 탱크 (464) 의 구조는 상이하다. 도 27 의 실시예와 동일하게, 냉동/건조 탱크 (464) 는 단열벽에 의해 둘러싸인, 금속재료 등으로 제조된 탱크 벽 (464) 을 갖는다. 건조될 물체 (O) 를 담기 위한 저장 챔버 (466) 는 탱크 벽 (465) 내부에 형성된다. 탱크 벽 (465) 과 저장 챔버 (466) 사이에서 냉각열 냉매 탱크 (467) 가 형성되어, 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 에 연결되고, 냉각열 냉매로 채워진다.
본 실시예의 냉동건조기 (463) 에서, 냉각헤드 (85) 에 의해 냉각되는 냉각열 냉매는 재킷 (448) 으로부터 냉각열 냉매 파이프라인 (454) 을 통해 냉각열 냉매 탱크 (467) 에 공급된다. 그럼으로써, 저장 챔버 (466) 는 냉각되고, 저장 챔버 (466) 내의 수분이 냉동되고, 탱크의 내부는 건조 상태가 된다.
도 30 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 본 실시예의 냉동건조기 (467) 에 대하여, 교반 냉각기 (22A) 는 도 27 의 실시예의 교반 냉각기 (22A) 와 동일하므로 그 설명이 생략되지만, 냉동/건조 탱크의 구조는 상이하다. 도 27 의 실시예와 동일하게, 냉동/건조 탱크 (468) 는 단열벽 (469) 에 의해 둘러싸인, 금속재료 등으로 제조된 탱크 벽 (470) 을 갖는다. 따라서, 교반 냉각기 (22A) 의 냉각헤드 (85) 는 냉동/건조 탱크 (467) 안에 배치되어 냉동/건조 탱크 (467) 의 바닥부분을 직접 통과한다. 냉동/건조 탱크 (467) 안에는, 건조될 물체 (O) 가 그 위에 놓여져야 하는 격자 또는 금속망형상 지지선반형상 부재 (471) 또는 도 29 와 동일한 저장 챔버가 배치된다.
본 실시예의 냉동건조기 (467) 에서, 냉동/건조 탱크 (468) 에 온도 센서를 제공함으로써, 도 27 의 실시예와 동일하게 냉동건조기 (468) 에서 온도 조절이 가능하다. 냉각헤드 (85) 가 냉동/건조 탱크 (468) 안에 직접 배치되기 때문에, 냉동건조기 (467) 는 냉동/건조 탱크 (468) 에서 그 냉각 효과가 우수하다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다:
(15) 교반 냉각기를 사용함으로써, 종래의 냉동 온도 영역 보다 더 낮은 극저온 영역 (약 마이너스 백수십℃) 까지의 완전한 건조 상태가 실현될 수 있다. 또한, 특히 가열 장치 등을 배치할 필요없이, 모터가 회전함으로써 서리를 녹일 정도로 온도가 상승되며, 건조 상태가 신속히 변화될 수 있으므로 건조기는 환경 시험 또는 세정을 위해 사용될 수 있다.
(16) 2차원 또는 2단 냉동 시스템 또는 다른 복잡한 구조를 사용할 필요 없이, 간단하고 소형이면서 저렴한 냉동건조기가 실현될 수 있다.
(17) 종래의 프레온 이외의 냉매가 사용될 수 있기 때문에, 지구환경 문제에 적합하고, 효과계수가 높고, 에너지 효율이 우수한 냉동건조기가 실현될 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 교반 냉각기는 다음의 효과를 제공할 수 있다:
1) 하우징과 압축 및 팽창 피스톤 로드 사이의 공간이 오일밀봉 벨로우즈에 의해서 완전 밀봉되므로, 오일 상승 오염 (오일 상승 오물) 이 방지될 수 있다. 또한, 내구성이 우수한 오일 밀봉이 실현되며, 교반 냉각기의 성능 및 수명이 향상된다.
2) 크랭크 챔버의 온도 상승에 수반하는 압력 상승은 압력 조절 벨로우즈가 구비되거나 구비되지 않은 완충액 탱크를 배치함으로써 해결되며, 압력 상승때문에 오일밀봉 벨로우즈의 내부/외부에서 발생된 압력 변동, 일반적인 오일 밀봉의 열화 및 오일상승 및 다른 문제가 방지될 수 있다.
3) 오일 밀봉 또는 냉각기의 성능에 악영향을 끼치는, 압축 피스톤 및 팽창 피스톤 배면측에서 발생된 압력 변동 문제는 압력 조절 벨로우즈가 구비되거나 구비되지 않은 완충액 탱크를 사용함으로써 해결될 수 있다.
4) 교반 냉각기 특유의 상술한 문제점을 해결함으로써, 프레온 이외의 냉매로서 에틸알코올, 질소 및 헬륨과 같은 저용융 냉매가 작동가스에 사용될 수 있고, 사용온도는 통상적인 냉각 장치의 사용온도보다 광범위하며, 본 발명은 광범위한 목적을 위한 냉각열 이용 장치에 적용될 수 있다. 또한, 지구 환경 문제에 적합하고 냉각 용량이 큰 장치가 제공될 수 있으며, 여기서 가열/냉각 작동은 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 행해질 수 있다.
5) 팽창 실린더 블록을 구성하는 상부 열교환 하우징에서, 내면에서 작동가스 채널을 일체형으로 형성하거나, 또는 내면에서 작동가스 채널 뿐만 아니라 외면상의 냉각열 냉매를 냉각시키기 위한 핀을 일체형으로 형성함으로써, 그리고 특히 정밀 성형을 위한 납형주조를 실행함으로써, 가공성이 향상되고, 교반 냉각기는 그 자체로 구조가 단순화되고, 비용 소모도 적다. 또한, 홈내의 작동가스는 부분적으로 차단되지 않으면서 균일하게 유동하며, 열교환 성능 및 신뢰성이 균일한 두께를 갖는 정밀하게 제조된 핀으로 인해 개선된다.
6) 환형 열교환 하우징 및 복사열교환기의 열교환기 몸체가 일체형으로 형성되기 때문에, 특히 납형주조에 의해 정밀하게 부품을 성형하기 때문에 가공성이 향상되고, 낮은 가격이 실현될 수 있다. 홈내의 작동가스는 부분적으로 차단됨 없이 균일하게 유동함으로써, 열교환 성능과 신뢰도를 향상시킨다.
7) 에틸알코올, 질소, 헬륨 및 다른 저용융 냉매와 같은 프레온 이외의 냉매가 작동가스로 사용되기 때문에 환경 특성에 우수한 프레온 대체 냉매가 제공될 수 있다.
8) 교반 냉각기가 등온 유체 순환장치를 구성하도록 사용되기 때문에, 작동가스로서 에틸알코올, 질소, 헬륨 및 다른 저융융 냉매와 같은 프레온 이외의 냉매를 사용함으로써 지구 환경문제에 적합한 등온 유체 순환장치가 실현될 수 있다. 또한, 작동 온도는 종래의 냉각 장치와 비교할 때 더 넓은 범위에 있으며, 특히 -100℃ 내지 -150℃ 의 극저온 범위가 실현될 수 있다. 본 발명은 확장된 범위로 적용되는 냉각열 이용 장치에 적용될 수 있다.
9) 냉각열 냉매 등온 유체 저장 탱크는 냉각열 냉매를 저장하도록 배치되어 있기 때문에, 유체 탱크내의 냉각열 냉매가 냉각되고, 냉매의 일부분은 냉각열 이용 장치에서 순환되고, 냉각열 냉매의 변동이 억제되어 일정한 온도를 유지하고, 또한 일정한 온도에서의 작동이 실현될 수 있다.
10) 교반 냉각기의 작동이 제어되고, 냉각열 냉매 유체 탱크에는 전기히터가 제공되므로, 정확한 온도제어가 가능하다.
11) 등온 유체 순환장치를 이용하는 교반 냉각기는 소형이고, 효과계수 (result coefficient) 가 높고, 에너지 효율이 우수한 교반 냉각기의 특성을 최적화함으로써 실현될 수 있다.
12) 교반 냉각기 (22A) 의 모터를 정방향 및 역방향으로 회전시킴으로써 냉각/가열이 실행되기 때문에, 종래 기술과는 다르게 구조가 간단하고 비용이 저렴한 소형 열충격 시험장치가 독립적인 냉각장치와 가열장치의 조합 없이도 실현될 수 있다.
13) 저온 및 고온의 넓은 온도 범위가 실현될 수 있으며, 냉각헤드 (85) 의 냉각 및 가열이 정방향 및 역방향 회전에 의해 급속하게 변환될 수 있다. 교반 냉각기 (22A) 의 이러한 특성을 주목하고 이용함으로써, 열충격 시험장치에 있어서 최근에 바람직한 넓은 온도 영역에서의 열특성 시험 및 온도의 급속한 상승/하강이 실현될 수 있다. 특히, 액체 질소 수준의 극저온 영역 (-200℃ 부근) 의 열특성 시험이 또한 가능하다.
14) 교반 냉각기를 사용함으로써, 종래의 냉동 온도 영역 보다 더 낮은 극저온 영역 (약 마이너스 백수십℃) 까지의 완전한 건조 상태가 실현될 수 있다. 또한, 특히 가열 장치 등을 배치할 필요없이, 모터가 회전함으로써 서리를 녹일 정도로 온도가 상승되며, 건조 상태가 신속히 변화될 수 있으므로 건조기는 환경 시험 또는 세정을 위해 사용될 수 있다.
15) 2차원 또는 2단 냉동 시스템 또는 다른 복잡한 구조를 사용할 필요 없이, 간단하고 소형이면서 저렴한 냉동건조기가 실현될 수 있다.
16) 종래의 프레온 이외의 냉매가 사용될 수 있기 때문에, 지구환경 문제에 적합하고, 효과계수가 높고, 에너지 효율이 우수한 냉동건조기가 실현될 수 있다.

Claims (39)

  1. 크랭크 챔버를 구비한 하우징;
    상기 크랭크 챔버위에 인접하게 배치된 실린더;
    상기 실린더내에서 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위하여 왕복운동하는 피스톤, 또는 디스플레이서;
    상기 크랭크 챔버내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고 한쪽 단부가 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드, 또는 디스플레이서; 및
    상기 피스톤 로드가 통과되는 상기 크랭크 챔버의 상부에서 개구부에 배치된 오일밀봉으로 이루어진 교반장치에 있어서,
    상기 오일밀봉은 선단부가 상기 실린더안의 상기 피스톤 로드에 고정되고 기단부가 통과된 상기 피스톤 로드가 구비된 상기 크랭크 챔버의 상부에서 개구부의 둘레 가장자리에 고정되는 오일밀봉 벨로우즈로 이루어지고, 그리고
    오일밀봉 벨로우즈를 배치시킴으로써 오일이 상기 하우징안의 공간을 통하여 상기 실린더로 들어가는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간사이에는 상기 배면측 공간안의 압력변동과 상기 하우징안의 압력상승을 흡수하는 완충액 탱크가 연결수단에 의해서 연결되고, 그리고
    상기 완충액 탱크내부에서 압력조절 벨로우즈가 완충액 탱크를 압력조절 벨로우즈의 개구부측의 챔버와 폐쇄벽측의 챔버로 분할하도록 배치되고, 그리고 상기 개구부측의 챔버와 상기 폐쇄벽측의 챔버가 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간중의 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간이 상기 배면측의 공간의 압력변동을 흡수하기 위하여 오일 트래핑장치에 의해서 연결되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간에는 상기 배면측의 공간의 압력변동을 흡수하는 완충액 탱크가 연결수단에 의해서 연결되고, 그리고
    상기 완충액 탱크와 상기 하우징안의 공간사이에는 상기 오일 트래핑장치 또는 압력조절억제장치에 연결된 상기 오일 트래핑장치가 배치되어 있어 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간에서 압력 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤 로드와 접촉상태로 압축된 환형 내압 오일밀봉이 상기 오일밀봉 벨로우즈외에도 크랭크 챔버의 상부의 개구부에서 상기 오일밀봉으로서 배치되고,
    작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 오일밀봉 벨로우즈에 의해서 형성된 밀봉 챔버사이에는 상기 피스톤의 배면측에서 발생된 무효 압력변동과 상기 밀봉 챔버에서 발생된 무효 압력변동을 감소시키는 완충액 탱크가 연결수단에 의해서 연결되고,
    상기 완충액 탱크내부에 압력조절벨로우즈가 배치되어 완충액 탱크를 상기 압력조절벨로우즈의 개구부측의 챔버와 폐쇄벽측의 챔버로 분할하고, 그리고
    상기 개구부측의 챔버와 폐쇄벽측의 챔버가 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 밀봉 챔버중의 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  6. 크랭크 챔버를 구비한 하우징;
    상기 크랭크 챔버위에 인접하게 배치된 실린더;
    상기 실린더내에서 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위하여 왕복운동하는 피스톤;
    상기 크랭크 챔버내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고 한쪽 단부가 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드; 및
    상기 피스톤 로드가 통과되는 상기 크랭크 챔버의 상부에서 개구부에 배치된 오일밀봉으로 이루어진 교반장치에 있어서,
    상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간사이에는 상기 배면측 공간안의 압력변동과 상기 하우징안의 압력상승을 흡수하는 완충액 탱크가 연결수단에 의해서 연결되고,
    상기 완충액 탱크내부에서 압력조절 벨로우즈가 완충액 탱크를 압력조절 벨로우즈의 개구부측의 챔버와 폐쇄벽측의 챔버로 분할하도록 배치되고, 그리고
    상기 개구부측의 챔버와 상기 폐쇄벽측의 챔버가 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간중의 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  7. 크랭크 챔버를 구비한 하우징;
    상기 크랭크 챔버위에 인접하게 배치된 실린더;
    상기 실린더내에서 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위하여 왕복운동하는 피스톤;
    상기 크랭크 챔버내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고 한쪽 단부가 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드; 및
    상기 피스톤 로드가 통과되는 상기 크랭크 챔버의 상부에서 개구부에 배치된 오일밀봉으로 이루어진 교반장치에 있어서,
    상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간사이에는 상기 배면측 공간안의 압력변동과 상기 하우징안의 압력상승을 흡수하는 완충액 탱크가 연결수단에 의해서 연결되고, 그리고
    상기 완충액 탱크와 상기 하우징안의 공간사이에는 상기 오일 트래핑장치 또는 압력조절억제장치에 연결된 상기 오일 트래핑장치가 배치되어 있어 작동가스를 압축 또는 팽창시키는 상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간에서 압력 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  8. 크랭크 챔버를 구비한 하우징;
    상기 크랭크 챔버위에 인접하게 배치된 실린더;
    상기 실린더내에서 작동가스를 압축 또는 팽창시키기 위하여 왕복운동하는 피스톤;
    상기 크랭크 챔버내에서 크랭크에 작동가능하게 연결되고 한쪽 단부가 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드; 및
    상기 피스톤 로드가 통과되는 상기 크랭크 챔버의 상부에서 개구부에 배치된 오일밀봉으로 이루어진 교반장치에 있어서,
    상기 피스톤의 배면측의 공간과 상기 하우징안의 공간이 상기 배면측의 공간의 압력변동을 흡수하기 위하여 오일 트래핑장치에 의해서 연결되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  9. 제 2 항, 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압력조절 벨로우즈가 하나의 벨로우즈 세트 또는 한쌍의 서로가 대향하는 형태의 벨로우즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  10. 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항 또는 제 9 항에 있어서, 압축력이 스프링에 의해서 상기 압력조절 벨로우즈의 폐쇄벽에 가해지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  11. 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 압력조절 벨로우즈가 가이드 부재에 의해서 완충액 탱크로 안내되어 편향없이 원활하게 팽창 및 수축하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  12. 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 하나 이상의 완충액 탱크가 배치되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반장치의 작동가스가 질소, 헬륨 또는 수소이고, 냉각열 냉매가 에틸알코올, HFE, PFC, PFG, 질소 및 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 교반장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반장치가 압축 피스톤을 구비한 압축 실린더와, 팽창 피스톤 또는 디스플레이서를 구비한 팽창 실린더를 포함하고, 상기 압축 피스톤 및 상기 팽창 피스톤 또는 디스플레이서는 위상차를 갖고 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반장치가 교반 냉각기 또는 교반엔진으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교반장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    상부벽과 측벽을 갖는 원통형 상부 열교환 하우징과, 상부 열교환 하우징안에 배치된 내부 실린더를 구비하고, 피스톤 또는 디스플레이서가 안에서 미끄럼 이동하는 실린더 블록을 포함하며,
    상기 상부 열교환 하우징의 선단측의 내부 둘레면에는 축선방향의 선형 미세한 홈이 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 채널을 형성하고,
    상기 상부 열교환 하우징의 기단측의 내부 둘레면에는 환형 리세스가 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 냉각기용 채널을 형성하고, 그리고
    상기 상부 열교환 하우징이 납형주조에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    피스톤 또는 디스플레이서가 안에서 미끄럼 이동하는 실린더 블록을 포함하며,
    상기 내부 실린더의 외부에는 원통형 열교환기가 배치되며, 이 열교환기는 환형 열교환 하우징과 상기 하우징내부에 삽입/고정된 열교환기 몸체로 이루어지고,
    열교환핀이 상기 열교환기 몸체의 외부 둘레면에 형성되고, 축선방향의 선형의 미세한 홈이 내부 둘레면에 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 채널을 형성하고,
    상기 환형 열교환 하우징과 상기 열교환기 몸체사이의 공간이 냉매경로로서 형성되고, 냉매경로가 연결되도록 냉매 유입구와 냉매 유출구가 상기 환형 열교환 하우징에 형성되고,
    상기 환형 열교환 하우징이 납형주조 또는 철주조에 의해서 형성되고, 상기 열교환기 몸체가 납형주조에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  18. 상부벽과 측벽을 갖는 원통형 상부 열교환 하우징과, 상부 열교환 하우징안에 배치된 내부 실린더를 구비하고, 피스톤 또는 디스플레이서가 안에서 미끄럼 이동하는 실린더 블록을 포함하며,
    상기 상부 열교환 하우징의 선단측의 내부 둘레면에는 축선방향의 선형 미세한 홈이 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 채널을 형성하고,
    상기 상부 열교환 하우징의 기단측의 내부 둘레면에는 환형 리세스가 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 냉각기용 채널을 형성하고,
    원통형 열교환기가 상기 내부 실린더의 외부에 배치되며, 이 열교환기는 환형 열교환 하우징과 상기 하우징내부에 삽입/고정된 열교환기 몸체로 이루어지고,
    열교환핀이 상기 열교환기 몸체의 외부 둘레면에 형성되고, 축선방향의 선형의 미세한 홈이 내부 둘레면에 형성되어 상기 내부 실린더의 외부 둘레면으로 작동가스 채널을 형성하고,
    상기 환형 열교환 하우징과 상기 열교환기 몸체사이의 공간이 냉매경로로서 형성되고, 냉매경로가 연결되도록 냉매 유입구와 냉매 유출구가 상기 환형 열교환 하우징에 형성되고,
    상기 상부 열교환 하우징과 상기 열교환기 몸체가 납형주조에 의해서 형성되고, 상기 환형 열교환 하우징이 납형주조 또는 철주조에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  19. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 상부 열교환 하우징이 선단측 외부 둘레면에 상기 상부 열교환 하우징과 일체형으로 형성된 핀 또는 별개로 형성되어 나중에 부착된 핀을 갖는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  20. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    상기 교반 냉각기와 상기 냉각열 이용장치사이에서 상기 냉각헤드로부터 냉각열 냉매를 순환시키기 위하여 냉각열 이용장치에 연결가능한 냉각열 냉매 파이프라인; 및
    상기 교반 냉각기의 작동상태에 의한 냉각열 냉매의 온도변동이 상기 냉각열 이용장치의 냉각온도에 직접적으로 영향을 미치지 않도록 냉각열 냉매를 저장하기 위하여 상기 냉각열 냉매 파이프라인중간에 배치된 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  21. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    상기 냉각헤드에서 냉각된 냉각열 냉매를 순환시키기 위하여 양단부가 상기 냉각헤드에 연결된 냉각열 냉매 파이프라인;
    2차 냉각열 냉매가 담겨져 있고, 상기 냉각열 냉매 파이프라인의 열교환부가 2차 냉각열 냉매와 접촉하도록 개재된 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크; 및
    상기 교반 냉각기의 작동상태에 의한 냉각열 냉매의 온도변동이 상기 냉각열 이용장치의 냉각온도에 직접적으로 영향을 미치지 않도록 상기 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크와 냉각열 이용장치사이에서 2차 냉각열 냉매를 순환시키기 위하여 양단부가 2차 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크와 냉각열 이용장치에 연결된 2차 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  22. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    상기 냉각헤드에서 냉각된 냉각열 냉매를 통과시키고, 냉각열 이용장치에 연결되고, 교반 냉각기와 냉각열 이용장치사이에서 냉각열 냉매를 순환시키기 위하여 배치된 냉각열 냉매 파이프라인; 및
    상기 교반 냉각기의 작동상태에 의한 냉각열 냉매의 온도변동이 상기 냉각열 이용장치의 냉각온도에 직접적으로 영향을 미치지 않도록 상기 냉각열 냉매가 담겨져 있고, 상기 냉각헤드가 바닥부분으로부터 통과되고, 상기 저장된 냉각열 냉매가 냉각되는 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항중의 어느 한 항에 있어서, 온도제어를 위하여 상기 교반 냉각기의 작동 및/또는 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크안에 배치된 전기히터의 작동을 제어하는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항중의 어느 한 항에 있어서, 교반 냉각기의 모터가 역회전하도록 제어되어 온도조절, 고온가열 또는 해동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크안에 교반블레이드를 회전가능하게 배치함으로써 상기 냉각열 냉매 등온 유체 저장탱크안의 냉각열 냉매의 온도차가 발생되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  26. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    열특성 시험을 받게 될 피시험 물체가 담겨져 있고, 상기 냉각열 냉매에 의해서 냉각되는 열특성 시험 탱크; 및
    상기 열특성 시험 탱크에서 상기 냉각헤드에 의해서 냉각된 냉각열 냉매를 통과시키고 상기 냉각헤드와 상기 열특성 시험 탱크사이에서 냉각열 냉매를 순환시키는 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하며,
    상기 교반 냉각기을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열함으로써 피시험 물체에 열충격을 가하여 열특성 시험을 실시하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  27. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    열특성 시험을 받게 될 피시험 물체를 저장하고, 상기 냉각열 냉매에 의해서 냉각되는 열특성 시험 탱크; 및
    냉각열 냉매가 상기 열특성 시험 탱크주위로 흐르고 상기 냉각헤드와 상기 열특성 시험 탱크사이에서 순환하도록 상기 냉각헤드에 의해서 냉각된 냉각열 냉매를 통과시키는 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하며,
    상기 교반 냉각기을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열함으로써 피시험 물체에 열충격을 가하여 열특성 시험을 실시하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  28. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기; 및
    열특성 시험을 받게 될 피시험 물체가 담겨져 있고, 상기 냉각헤드가 바닥부분으로부터 관통하도록 배치되며, 냉각헤드에 의해서 냉각되는 열특성 시험 탱크를 포함하며,
    상기 교반 냉각기을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 냉각열 냉매를 냉각 또는 가열함으로써 피시험 물체에 열충격을 가하여 열특성 시험을 실시하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 피시험 물체를 담고 있는 저장 케이스 또는 스택식 저장부가 상기 열특성 시험 탱크안에 배치되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  30. 제 26 항 내지 제 29 항중의 어느 한 항에 있어서, 공기, 질소 또는 헬륨이 상기 냉각열 냉매로서 순환되고, 상기 열특성 시험 탱크가 저장 케이스안에 피시험 물체를 담기 위하여 배기구멍이 안에 형성된 저장 케이스가 구비되거나, 또는 피시험 물체를 담기 위한 저장 케이스가 구비되지 않는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  31. 제 26 항 내지 제 30 항중의 어느 한 항에 있어서, 온도를 제어하기 위하여 상기 교반 냉각기를 작동/제어하는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  32. 제 26 항 내지 제 31 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열특성 시험 탱크, 냉각헤드 및 냉각열 냉매 파이프라인중의 어느 하나에 전기히터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  33. 제 26 항 내지 제 32 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반 냉각기의 모터가 역회전하도록 제어함으로써 열특성 시험 탱크의 온도가 상승될 수 있는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  34. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    열교환 코일이 외부 둘레에 배치되고 건조될 물질이 담겨질 수 있는 냉동/건조 탱크; 및
    상기 냉각헤드와 상기 열교환 코일사이에서 상기 냉각헤드에 의해서 냉각된 상기 냉각열 냉매를 순환시키는 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하며,
    상기 교반 냉각기를 작동시키고, 상기 열교환 코일을 통하여 상기 냉각열 냉매를 통과시켜 상기 냉동/건조 탱크의 내부를 냉동/건조시킴으로써 건조될 물질이 건조되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  35. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    열교환 코일이 배치되고 건조될 물질이 담겨질 수 있는 냉동/건조 탱크; 및
    상기 냉각헤드와 상기 열교환 코일사이에서 상기 냉각헤드에 의해서 냉각된 상기 냉각열 냉매를 순환시키는 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하며,
    상기 교반 냉각기를 작동시키고, 상기 열교환 코일을 통하여 상기 냉각열 냉매를 통과시켜 상기 냉동/건조 탱크의 내부를 냉동/건조시킴으로써 건조될 물질이 건조되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  36. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기;
    냉각열 냉매가 도입되고 건조될 물질이 담겨질 수 있는 냉동/건조 탱크; 및
    상기 냉각헤드와 냉동/건조 탱크의 내부사이에서 상기 냉각헤드에 의해서 냉각된 상기 냉각열 냉매를 순환시키는 냉각열 냉매 파이프라인을 포함하며,
    상기 교반 냉각기를 작동시키고, 상기 냉동/건조 탱크내로 상기 냉각열 냉매를 도입하여 냉동/건조시킴으로써 건조될 물질이 건조되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  37. 제 1 항 내지 제 15 항중의 어느 한 항에 있어서,
    작동가스를 밀봉하고, 냉각열 냉매를 냉각시키는 냉각헤드와 복사열교환기를 구비한 교반 냉각기; 및
    상기 냉각헤드가 바닥부분으로부터 관통하고 건조될 물질이 담겨질 수 있는 냉동/건조 탱크를 포함하며,
    상기 교반 냉각기를 작동시키고, 냉동/건조시킴으로써 건조될 물질이 건조되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  38. 제 34 항 내지 제 37 항중의 어느 한 항에 있어서, 온도를 제어하기 위하여 상기 교반 냉각기를 작동/제어하는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
  39. 제 34 항 내지 제 38 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교반 냉각기의 모터가 역회전하도록 제어함으로써 상기 냉동/건조 탱크의 온도가 상승될 수 있는 것을 특징으로 하는 교반장치.
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