KR20030051887A - 스터링 기관 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 관한 스터링 기관에 있어서, 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 설치되어 종방향으로 슬릿이 형성된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 일단부가 상기 보빈의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 타단부가 상기 슬릿으로부터 외부로 인출되어 상기 슬릿의 단부면 또는 상기 통의 외주면에 고정 부착되고, 상기 통이 상기 실린더의 내주면에 압착되어 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동함으로써, 가스 누설 손실을 저감하여 재생기에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
종래의 스터링 기관의 재생기로서는, 예를 들어 도6에 도시한 바와 같이 표면에 극소 요철(11)을 형성한 수지 필름(2)을 원통 보빈(3)의 외주에 권취하고, 수지 필름(2) 사이에 공극을 마련하여 이루어지는 것이 있다. 이 공극은 수지 필름(2)의 층간에 극소 요철(11)이 존재함으로써 생긴다. 도7은, 이 재생기(1)를 삽입 설치한 프리 피스톤형 스터링 냉동기의 일예의 측단면도이다. 우선, 이 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
도7에 도시한 바와 같이, 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)는 헬륨 등의 작동 가스가 밀봉된 실린더(6)와, 실린더(6) 내를 팽창 공간(20)과 압축 공간(19)으로 구획하는 디스플레이서(17) 및 피스톤(18)과 피스톤(18)을 왕복 이동시키기 위한 리니어 모터(21)와, 팽창 공간(20)측에 설치되어 외부로부터 열을 빼앗는 흡열기(12)와, 압축 공간(19)측에 설치되어 외부로 열을 방출하는 방열기(13)를 구비하고 있다.
또, 도7에 있어서 부호 22, 23은 각각 디스플레이서(17) 및 피스톤(18)을 지지하고, 탄성력에 의해 이들의 디스플레이서(17) 및 피스톤(18)을 왕복 이동시키는 판 스프링이다. 또한, 부호 15는 방열용 열교환기, 부호 16은 흡열용 열교환기이다. 이들은, 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)의 외부와의 열교환을 촉진시키는 역할을 감당한다. 그리고, 방열용 열교환기(15)와 흡열용 열교환기(16) 사이에는 재생기(1)가 배치되어 있다.
상기의 구성에서, 리니어 모터(21)를 구동시키면, 그에 수반하여 피스톤(18)이 실린더(6) 내부를 상방으로 이동하여, 압축 공간(19) 내의 작동 가스가 압축된다. 이 때, 작동 가스의 온도는 압축에 의해 상승하지만, 방열용 열교환기(15)를 통해 방열기(13)로부터 외기와 열교환되어 냉각되므로, 이 과정은 등온 압축 변화가 된다.
이윽고, 피스톤(18)과 소정의 위상차를 유지하여 왕복 이동하는 디스플레이서(17)가 하방으로 이동하기 시작하고, 압축 공간(19) 내의 작동 가스는 재생기(1)를 통해 팽창 공간(20) 내로 이송된다. 그 때, 작동 가스가 갖는 열량이 재생기(1)를 구성하는 수지 필름(2)에 축열되어 작동 가스는 온도가 내려간다.
다음에 피스톤(18)이 하방으로 이동하고, 팽창 공간(20) 내의 작동 가스가 팽창한다. 이 때, 작동 가스는 온도가 내려가지만 흡열용 열교환기(16)를 거쳐서 흡열기(12)로부터 외기의 열을 흡수하여 가열되므로, 이 과정은 등온 팽창 변화가 된다.
이윽고, 디스플레이서(17)가 상승을 시작하여, 팽창 공간(20) 내의 작동 가스는 재생기(1)를 통해 다시 압축 공간(19)측으로 복귀된다. 그 때, 재생기(1)에축열된 열량이 작동 가스에 부여되어 작동 가스는 온도가 올라간다. 이 일련의 역스터링 사이클이 구동부의 왕복 이동에 의해 반복됨으로써, 흡열기(12)에서는 외기로부터 열이 흡수되므로 서서히 저온이 된다.
이와 같이, 압축 공간(19)과 팽창 공간(20) 사이에서 작동 가스를 재생기(1)를 거쳐서 왕복 이동시켜 흡열기(12)로부터 냉열을 취출하는 스터링 냉동기에서는, 재생기(1) 내에 있어서 압축된 고온의 작동 가스로부터 열량을 축적하고, 또한 팽창된 저온의 작동 가스로 열량을 부여하여 냉열을 회수하지만, 그 때 재생기(1)에서의 축열량이 많을수록 열량의 유효 활용이 이루어지므로 스터링 냉동기의 성능 향상으로 이어진다.
그러나, 상술한 재생기(1)의 구성에서는 원통 보빈(3)의 외주에 권취한 수지 필름(2)을 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)에 삽입 설치할 때에, 수지 필름(2)의 외주면을 실린더(6)의 내주면에 고정하지 않으므로, 수지 필름(2)의 외주면과 실린더(6)의 내주면 사이에서 작동 가스 누설이 생기기 쉽고, 누설된 작동 가스는 재생기(1) 내에서 열교환을 행하지 않고 압축 공간(19)과 팽창 공간(20) 사이를 유동하기 때문에 열손실이 커, 스터링 기관의 성능 저하 요인이 된다.
본 발명은, 재생기에서의 열교환 효율을 향상시킨 스터링 기관에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 이용하는 재생기의 제조 과정의 사시도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 이용하는 재생기의 사시도이다.
도3은 본 발명의 제3 실시 형태에 이용하는 재생기 주변부의 측단면도이다.
도4는 본 발명의 제4 실시 형태에 이용하는 재생기 주변부의 측단면도이다.
도5는 본 발명의 제5 실시 형태에 이용하는 재생기의 사시도이다.
도6은 종래의 재생기의 사시도이다.
도7은 종래의 프리 피스톤형 스터링 냉동기의 측단면도이다.
본 발명은, 상기의 문제점에 비추어 제조가 용이하고 저비용인 구성의 재생기를 이용하여 가스 누설 손실을 저감하고, 상기 재생기에서의 열교환 효율을 향상시킨 스터링 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 스터링 기관에서는 압축 공간과팽창 공간 사이에 배치되어 양 공간을 왕복하는 작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기 작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서, 상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 밀착하도록 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 밀착하도록 설치된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 구성으로 한다.
이에 의해, 수지 필름과 통 및 보빈 사이에 간극을 생기게 하는 일이 없어 작동 가스 누설이 생기지 않으므로, 재생기 내에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 스터링 기관에서는 압축 공간과 팽창 공간 사이에 배치되어 양 공간을 왕복하는 작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기 작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서, 상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 설치되어 종방향으로 슬릿이 형성된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 일단부가 상기 보빈의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 타단부가 상기 슬릿으로부터 외부로 인출되어 상기 슬릿의 단부면 또는 상기 통의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 구성으로 한다.
이에 의해, 수지 필름과 통 및 보빈과의 간극을 작게 할 수 있으므로, 재생기 내에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 스터링 기관에서는 압축 공간과 팽창 공간 사이의 실린더에 내부 설치되어 양 공간을 왕복하는 작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서, 상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 설치되어 종방향으로 슬릿이 형성된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 일단부가 상기 보빈의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 타단부가 상기 슬릿으로부터 외부로 인출되어 상기 슬릿의 단부면 또는 상기 통의 외주면에 고정 부착되고, 상기 통이 상기 실린더의 내주면에 압착되어 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 구성으로 한다.
이에 의해, 재생기와 실린더와의 간극을 작게 할 수 있으므로, 재생기 밖으로의 작동 가스 누설을 방지할 수 있다.
또, 상기의 스터링 기관에 있어서 재생기의 외주면에 O링을 장착하고, 재생기와 실린더와의 간극을 없앰으로써, 재생기와 실린더 사이로부터의 작동 가스 누설을 방지할 수 있고, 또한 재생기와 실린더 사이에 공간층이 형성되므로 작동 가스의 열량은 공간층에서 차단되고, 통을 통해 실린더로 열전도에 의해 전파되어 흩어져 없어지는 일이 없어져, 재생기 내에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 스터링 기관에 있어서 재생기와 실린더 사이를 접착제로 메워 재생기와 실린더와의 간극을 없앰으로써, 재생기와 실린더 사이로부터의 작동 가스 누설을 방지할 수 있고, 또한 재생기와 실린더 사이에 접착제의 수지층이 형성되므로, 작동 가스의 열량은 수지층으로 차단되고, 통을 통해 실린더로 열전도에 의해 전파되어 흩어져 없어지는 일이 없어져, 재생기 내에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 스터링 기관에 있어서 통의 한 쪽단부 또는 양단부에 돌기한 접힘부를 설치하고, 그 접힘부를 수지 필름측으로 접히게 함으로써 수지 필름의 상하 방향의 이동을 고정하는 것으로, 작동 가스의 유동시의 무효일을 감소할 수 있어 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 스터링 기관에 있어서 슬릿을 가진 통을 고단열재에 의해 형성하고 있으므로, 재생기 내를 유동하는 작동 가스의 열량은 통으로 차단되어 실린더로의 열전도는 생기지 않으므로, 재생기 내에서의 열교환 효율을 향상시킨 스터링 기관을 얻을 수 있다.
이들 본 발명의 스터링 기관에 있어서의 재생기는, 보빈과 통 사이에 수지 필름을 권취한 간단한 구성이므로, 제조가 용이하고 저비용인 스터링 기관을 얻을 수 있다.
이하의 실시 형태에 있어서는, 재생기(1)의 구성 이외는 도7에 도시한 종래의 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)와 마찬가지이므로, 그 공통 명칭의 부재에 대해서는 동일 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 있어서의 보빈이라 함은, 대략 원통형 또는 대략 원주형이고 수지 필름을 권취하는 코어가 되는 것을 가리킨다.
<제1 실시 형태>
도1에, 제1 실시 형태에 이용하는 재생기(1)의 제조 과정의 사시도를 도시한다. 고정대(25)를 관통한 원통 보빈(3)에, 원통 보빈(3)보다도 직경이 큰 얇은 원통(4)을 피복하고, 얇은 원통(4)은 고정구(24)에 의해 고정대(25)에 고정된다. 여기서, 얇은 원통(4)에는 종방향으로 슬릿(5)이 설치되어 있다.
다음에, 수지 필름(2)의 일단부를 슬릿(5)으로부터 삽입하여 원통 보빈(3)의 외주면에 고정 부착하고, 원통 보빈(3)을 화살표 F1의 방향으로 회전시킴으로써 수지 필름(2)은 화살표 F2와 같이 슬릿(5)으로 삽입되어, 원통 보빈(3)의 외주면에 권취된다. 그리고, 권취된 수지 필름(2)이 얇은 원통(4)의 내주면에 도달하였을 때, 원통 보빈(3)의 회전을 정지하고 수지 필름(2)을 절단하여, 그 단부를 슬릿(5)의 단부면 또는 얇은 원통(4)의 외주면에 고정 부착한다.
그리고, 고정대(25)로부터 일체화한 얇은 원통(4), 수지 필름(2) 및 원통 보빈(3)을 제거하고, 여분의 원통 보빈(3)을 절단하여 도2와 같은 재생기(1)를 얻는다. 이 재생기(1)를 도7의 실린더(6)의 내주면에 압착함으로써, 수지 필름(2)의층간을 작동 가스가 유동하는 프리 피스톤형 스터링 냉동기 얻을 수 있다.
이 구성에 따르면, 수지 필름(2)이 얇은 원통(4)의 내주면에 도달하기까지 원통 보빈(3)에 권취되어 있으므로, 수지 필름(2)과 얇은 원통(4) 및 원통 보빈(3) 사이에 간극을 생기게 하는 일이 없어 작동 가스 누설이 생기지 않으므로, 재생기(1) 내에서의 열교환 효율이 향상된다. 또한, 재생기(1)를 도7의 실린더(6)의 내주면에 압착하고 있으므로, 얇은 원통(4)과 실린더(6)와의 간극을 작게 할 수 있기 때문에 재생기(1) 밖으로의 작동 가스 누설을 방지할 수 있다.
또, 수지 필름(2)의 형상으로서는 도6에 도시한 종래품의 형상을 채용할 수 있다. 또한, 수지 필름(2)의 재료로서는 비열이 크고, 열전도성이 낮고, 내열성이 높고, 흡습성이 낮은 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET)나 폴리이미드 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 원통 보빈(3) 또는 얇은 원통(4)으로의 수지 필름(2)의 고정 부착 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 없으며, 예를 들어 접착제에 의한 접착이나 용착 등을 이용할 수 있다.
또한, 원통 보빈(3)을 원주 보빈으로 한 재생기(도시하지 않음)를 실린더(6)에 외부 설치해도 좋다.
<제2 실시 형태>
프리 피스톤형 스터링 냉동기의 운전 중에는, 압축 가열 및 팽창 냉각된 작동 가스가 재생기(1) 안을 왕복 유동한다. 이 때, 수지 필름(2)과 작동 가스 사이에서 열교환에 의한 열의 수수가 행해지지만, 얇은 원통(4)의 내주면 부근을 유동하는 작동 가스의 열량은 얇은 원통(4)을 통해 실린더(6)로 열전도에 의해 전파되어 흩어져 없어지므로, 실린더(6) 내의 열손실이 생겨 냉동기로서의 성능이 저하된다.
그래서, 제2 실시 형태는 제1 실시 형태에 있어서 얇은 원통(4)을 고단열재에 의해 형성하여 이루어지는 것이다. 상기 고단열재로서는, 예를 들어 폴리카보네이트 등의 수지 및 세라믹 등을 이용할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 재생기(1) 내를 유동하는 작동 가스의 열량은 얇은 원통(4)으로 차단되어 실린더(6)로의 열전도는 생기지 않으므로, 재생기(1)의 축열성이 향상되어 열교환 효율의 향상으로 이어진다.
<제3 실시 형태>
도3은, 제3 실시 형태에 이용하는 재생기(1) 주변부의 측단면도이다. 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서 재생기(1)의 외주면, 즉 얇은 원통(4)의 외주면에 O링(8, 8')을 장착하여, 얇은 원통(4)과 실린더(6) 사이를 밀폐하고 있다.
이에 의해, 얇은 원통(4)의 외주면과 실린더(6)의 내주면 사이로부터의 작동 가스 누설을 방지할 수 있다. 또한, O링(8, 8')은 재생기(1)의 양단부에 각각 장착함으로써 얇은 원통(4)과 실린더(6) 사이에 공간층이 형성되므로, 작동 가스의 열량은 공간층으로 차단되어 얇은 원통(4)을 통해 실린더(6)로 열전도에 의해 전파되어 흩어져 없어지는 일이 없어져, 재생기(1)의 축열성이 향상되어 열교환 효율의 향상으로 이어진다.
또, O링(8, 8') 사이에 또한 1개 이상의 O링을 장착함으로써, 작동 가스 누설의 방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있고, 또한 각 O링에 걸리는 부하도 분산시킬 수 있다.
<제4 실시 형태>
도4는, 제4 실시 형태에 이용하는 재생기(1) 주변부의 측단면도이다. 제4 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서 재생기(1)와 실린더(6) 사이, 즉 얇은 원통(4)과 실린더(6) 사이를 접착제(9)로 메움으로써, 재생기(1)와 실린더(6)와의 간극을 없애고 있다.
이에 의해, 얇은 원통(4)의 외주면과 실린더(6)의 내주면 사이로부터의 작동 가스 누설을 방지할 수 있다. 또한, 얇은 원통(4)과 실린더(6) 사이에 접착제(9)의 수지층이 형성되므로, 작동 가스의 열량은 접착제(9)의 수지층으로 차단되어 얇은 원통(4)을 통해 실린더(6)로 열전도에 의해 전파되어 흩어져 없어지는 일이 없어져, 재생기(1)의 축열성이 향상되어 열교환 효율의 향상으로 이어진다.
또, 접착제(9)의 도포 위치는 도4와 같이 얇은 원통(4)의 외주면 전체면에 도포하는 것 외에, 제3 실시 형태의 O링과 마찬가지로 얇은 원통(4)의 외주면을 1 바퀴 덮도록 복수의 도포 위치를 마련해도 좋다. 이에 의해, 작동 가스의 열량은 접착제의 수지층과 공간층으로 차단되게 된다.
<제5 실시 형태>
도5는, 제5 실시 형태에 이용하는 재생기(1)의 사시도이다. 제5 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서 얇은 원통(4)의 한 쪽단부 또는 양단부에 돌기한 접힘부(10)(도5에서는 4 군데)를 설치하여, 접힘부(10)를 수지 필름(2)측으로 접히게함으로써, 수지 필름(2)의 상하 방향의 이동을 고정하고 있다.
이에 의해, 프리 피스톤형 스터링 냉동기(14)의 운전 중에, 수지 필름(2)의 층간을 유동하는 작동 가스에 의해 수지 필름(2)이 상하 방향으로 이동하는 일이 없어져 작동 가스의 무효일을 감소시킬 수 있고, 열교환 효율이 향상되어 냉동기로서의 성능 향상으로 이어진다.
또, 접힘부(10)의 수나 형상에는 특별히 한정되지 않으며, 수지 필름(2)의 상하 방향의 이동을 고정할 수 있어, 작동 가스의 유동을 방해하지 않을 정도의 면적이면 된다.
본 발명의 스터링 기관은 냉장고, 쇼케이스, 자동 판매기 등의 냉각기로서 이용하는 스터링 냉동기에 이용할 수 있다.
Claims (7)
- 압축 공간과 팽창 공간 사이에 배치되어 양 공간을 왕복하는 작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기 작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서,상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 밀착하도록 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 밀착하도록 설치된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 압축 공간과 팽창 공간 사이에 배치되어 양 공간을 왕복하는 작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기 작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서,상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 설치되어 종방향으로 슬릿이 형성된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 일단부가 상기 보빈의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 타단부가 상기 슬릿으로부터 외부로 인출되어 상기 슬릿의 단부면 또는 상기 통의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 압축 공간과 팽창 공간 사이의 실린더에 내부 설치되어 양 공간을 왕복하는작동 가스의 유로가 되는 동시에, 상기 작동 가스로부터 열량을 회수 또는 방출하는 재생기를 구비한 스터링 기관에 있어서,상기 재생기는 보빈과, 상기 보빈의 외주면에 권취된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 외주에 설치되어 종방향으로 슬릿이 형성된 통을 구비하고, 상기 수지 필름의 일단부가 상기 보빈의 외주면에 고정 부착되고, 상기 수지 필름의 타단부가 상기 슬릿으로부터 외부로 인출되어 상기 슬릿의 단부면 또는 상기 통의 외주면에 고정 부착되고, 상기 통이 상기 실린더의 내주면에 압착되어 상기 수지 필름의 층간을 상기 작동 가스가 유동하는 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 제3항에 있어서, 상기 통의 외주면에 2개 이상의 O링을 장착함으로써, 상기 통과 상기 실린더와의 간극을 없앤 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 제3항에 있어서, 상기 통과 상기 실린더 사이를 접착제로 메움으로써, 상기 통과 상기 실린더와의 간극을 없앤 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통의 한 쪽단부 또는 양단부에 접힘부를 설치하고, 상기 접힘부를 상기 수지 필름측으로 접히게 함으로써, 상기 수지 필름을 고정한 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통이 고단열재에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 스터링 기관.
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