KR200309417Y1 - Parallel thermoacoustic refrigerator - Google Patents

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KR200309417Y1
KR200309417Y1 KR20-2002-0033012U KR20020033012U KR200309417Y1 KR 200309417 Y1 KR200309417 Y1 KR 200309417Y1 KR 20020033012 U KR20020033012 U KR 20020033012U KR 200309417 Y1 KR200309417 Y1 KR 200309417Y1
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Abstract

본 고안은 병렬형 열음향 냉각기기에 관한 건이다. 열음향 냉각기기의 공명관을 병렬형으로 배열한 것으로 열음향 냉각기기의 환경친화성과 저 소비 전력의 경제성 등의 장점을 유지하며, 종래의 압축식 냉각기기에 비하여 낮은 냉각효율을 갖는 단일 공명관 열음향 냉각기기의 단점을 개선하면서 냉각규모의 변화를 용이하게 한다. 단일 공명관 열음향 냉각기기의 기본구조를 바탕으로 하여 고출력의 공유된 스피커, 병렬형 배열의 다공성 매질로 구성된 스택, 스택의 열을 흡수하고 방출시키는 공유된 저온열교환기 및 고온열교환기, 내부의 불활성기체를 이용하여 공명파를 형성하는 병렬형으로 배열된 공명관의 집합으로 구성되어 있다. 냉각효율의 증대는 병렬형 스택과 공명관을 통하여 이루어지는데, 고온 및 저온 열교환기는 병렬형 공명관에 공유하게 된다. 따라서 병렬형 열음향 냉각기기는 병렬형 배열을 통하여 냉각효율의 성능을 향상시킴과 동시에 소규모에서 대규모까지의 냉각규모 변화를 조절할 수 있다.The present invention relates to a parallel thermoacoustic cooling device. The resonant tubes of thermoacoustic chillers are arranged in parallel to maintain the environmental friendliness of thermoacoustic chillers and economics of low power consumption. Facilitating changes in the cooling scale while improving the disadvantages of the cooling device. Based on the basic structure of a single resonant tube thermoacoustic chiller, a high-power shared speaker, a stack of porous media in a parallel arrangement, a shared low-temperature heat exchanger and a high-temperature heat exchanger that absorbs and releases the heat of the stack, the internal inertness It consists of a set of resonance tubes arranged in parallel to form a resonance wave using gas. The increase in cooling efficiency is achieved through parallel stacks and resonance tubes, where the hot and cold heat exchangers are shared by the parallel resonance tubes. Therefore, the parallel thermoacoustic cooling device can improve the cooling efficiency performance through the parallel arrangement and control the change of cooling scale from small to large.

Description

병렬형 열음향 냉각기기{Parallel thermoacoustic refrigerator}Parallel thermoacoustic refrigerator

종래의 압축식 냉각기기에는 CFC (염화 불화탄소) 등을 비롯한 냉매를 사용하고 있으며, 이 냉매는 오존층 붕괴 및 지구 온난화 문제를 비롯한 각종 환경오염의 주범으로 지목되고 있다. 따라서 압축식 냉각기기의 냉매문제를 해결할 수 있는 신기술 개발의 일환으로 환경친화적인 열음향 냉각기기가 소개되었다. 그러나 열음향 냉각기기는 환경친화성을 비롯한 많은 장점에도 불구하고 냉각효율에 있어 기존의 압축식 냉각기기에 비하여 기술상으로 현재 열등한 형편이다. 따라서 종래의 냉각기기로는 환경문제를 야기하는 CFC 등의 냉매를 사용하는 압축식 냉각기기와 기존 냉매의 사용이 없이 불활성기체와 음파를 이용하는 열음향 냉각기기 등을 들 수 있다. 압축식 냉각기기와 열음향 냉각기기의 원리를 간단히 기술한다.Conventional compressed cooling apparatuses use refrigerants such as CFCs (chlorinated fluorocarbons) and the like, and these refrigerants have been cited as the main culprit of various environmental pollutions including ozone decay and global warming. Therefore, as part of the development of new technology to solve the refrigerant problem of the compressed cooling device, an environmentally friendly thermoacoustic cooling device was introduced. However, despite the many advantages including environmental friendliness, thermoacoustic chillers are currently inferior in technology compared to conventional compressed chillers in terms of cooling efficiency. Accordingly, conventional cooling apparatuses include compression type cooling apparatuses using refrigerants such as CFCs that cause environmental problems, and thermoacoustic cooling apparatuses using inert gas and sound waves without using existing refrigerants. Briefly describe the principles of compressed chillers and thermoacoustic chillers.

압축식 냉각기기(compressor refrigerator)는 도1의 개략도에서 나타난 것과 같이 압축기(compressor)(11), 응축기(condenser)(12), 팽창기(13), 증발기 (evaporator) (14), 교류전원 (15) 및 그 연결 튜브로 구성된다. 압축기(11)에서 CFC등의 냉각가스가 배출관을 통해 빠져나와 응축기(12)로 들어가며, 냉각가스가 응축기(12)로 들어가면 응축기 반대쪽 끝에 있는 억제기(restricter)에 의해 냉각 가스의 온도와 압력이 대단히 증가하게 된다. 응축기(12)는 뜨거운 냉각가스를 차갑게 식혀주며, 응축기의 표면으로부터 열이 나오는 발열과정이 있게된다. 냉각가스가 열을 공급받지 못하게 되면 액화되어 액체가 되며, 이 액체는 응축기에서 나와 모세관이 있는 팽창기(13)로 들어간다. 액체 냉각제는 다시 팽창기(13)에서 빠져나와 커다란 증발기(14)의 관으로 들어가게 되며, 급격히 증가된 관의 크기로 인해 압력이 떨어짐에 따라 기화 현상이 일어나 액체가 액체와 기체의 혼합물로 변화된다. 액체와 기체의 혼합물이 증발기(14)를 통과하면서 열을 흡수하는 흡열과정을 거치면서 서서히 기체 상태로 환원된다. 기체로 된 냉각가스는 증발기에서 나와 흡입관을 통해 압축기(11)로 되돌아감으로써 한 사이클의 냉각과정을 완료하게 된다.A compressor refrigerator includes a compressor (11), a condenser (12), an expander (13), an evaporator (14), an alternating current (15) as shown in the schematic diagram of FIG. ) And its connecting tube. In the compressor (11), the cooling gas such as CFC exits through the discharge pipe and enters the condenser 12. When the cooling gas enters the condenser 12, the temperature and pressure of the cooling gas are controlled by a restrictor at the opposite end of the condenser. It will increase greatly. The condenser 12 cools the hot cooling gas coolly, and there is an exothermic process in which heat is emitted from the surface of the condenser. If the cooling gas fails to receive heat, it liquefies and becomes a liquid, which exits the condenser and enters the capillary expander 13. The liquid coolant exits the expander 13 again and enters the tube of the large evaporator 14, and as the pressure drops due to the rapidly increased tube size, vaporization occurs to change the liquid into a mixture of liquid and gas. The mixture of liquid and gas is gradually reduced to a gaseous state through an endothermic process of absorbing heat while passing through the evaporator 14. The gaseous cooling gas exits the evaporator and returns to the compressor 11 through the suction pipe to complete a cycle of cooling.

압축식 냉각기기의 장점은 냉각효율이 높다는 점이다. 단점으로는 CFC와 같은 기존 냉매로는 환경오염과 오존층파괴를 일으키므로 환경친화적인 냉매의 개발이 요청되며, 새로운 냉매가 개발중이나 현재로는 완전한 냉매는 존재하지 않는다. 또한 압축기(11)를 비롯한 부품의 유지비용이 크고, 소음 및 진동이 크고, 온도조절이 어려우며, 사용하는 전력의 소모가 크다는 점은 단점이다.The advantage of the compression type chiller is its high cooling efficiency. Disadvantages are that existing refrigerants such as CFCs cause environmental pollution and ozone depletion, so development of environmentally friendly refrigerants is required. In addition, the maintenance cost of the components, including the compressor (11) is high, the noise and vibration is large, the temperature is difficult to control, the consumption of power to use is a disadvantage.

열음향 냉각기기(thermoacoustic refrigerator)의 기본구성은 도2에 나타낸 것과 같이 음파발생장치(스피커시스템)(21), 스택(22), 공명관(23), 고온 열교환기(24) 및 저온 열교환기(25) 등의 부품으로 구성된다. 열음향 냉각기기의 기본원리는 교류전원(26)에서 음향발생장치(21)의 진동판을 진동시켜 공명관(23) 내부에 있는 기체 혹은 유체에 압력의 맥동을 야기시켜 정상파를 형성시킨다. 이 때 스피커시스템(21)에서 구동되는 음파의 주파수와 공명관의 길이 및 반경은 밀접한 관계를 가진다. 공명관 내부의 정상파의 맥동은 관 내부 기체의 단열 압축 및 팽창에 따른 온도변화를 수반하게 된다. 이러한 온도변화 과정에서 기체가 보유하고 있는 열은 공명관(23) 내부에 존재하는 다공성 매질인 스택(22)으로 전달된다. 도2에 나타낸 열음향 냉각기기의 스택은 공명관내의 불활성 기체의 이동이 자유롭게 구형, 슬릿형, 원통형, 혹은 사각기둥형의 다공성 매질로 구성된다. 또한 스택은 열전도가 낮은 매질로 구성되어 스택의 길이 방향으로 온도의 기울기를 가지게 된다. 따라서 스택은 기체로부터 열의 흡수와 방출을 통하여 열을 양쪽의 고온 열교환기(24)와 저온 열교환기(25)로 전달하는 역할을 하게된다. 이렇게 전달된 고온 열교환기(24)의 열은 주위의 냉각수 혹은 냉각팬을 이용하여 식혀주게 되며, 저온 열교환기(25)에서는 물 또는 글리콜과 같은 냉각수를 순환시켜 공명관(23) 외부로 방출하여 냉각 효과를 얻게된다.The basic configuration of the thermoacoustic refrigerator includes a sound wave generator (speaker system) 21, a stack 22, a resonance tube 23, a high temperature heat exchanger 24 and a low temperature heat exchanger as shown in FIG. 25) and other components. The basic principle of the thermoacoustic cooling device is to vibrate the diaphragm of the acoustic generator 21 in the AC power supply 26 to cause pulsation of pressure in the gas or fluid inside the resonance tube 23 to form a standing wave. At this time, the frequency of the sound wave driven in the speaker system 21 and the length and radius of the resonance tube have a close relationship. The pulsation of standing waves inside the resonance tube is accompanied by temperature changes due to adiabatic compression and expansion of the gas inside the tube. The heat retained by the gas during this temperature change process is transferred to the stack 22, which is a porous medium existing inside the resonance tube 23. The stack of the thermoacoustic chiller shown in Fig. 2 is composed of a porous medium of spherical, slit, cylindrical, or square column shape in which the inert gas in the resonance tube is free to move. In addition, the stack is composed of a low thermal conductivity medium to have a temperature gradient in the length direction of the stack. Therefore, the stack serves to transfer heat to both the high temperature heat exchanger 24 and the low temperature heat exchanger 25 through absorption and release of heat from the gas. The heat of the high temperature heat exchanger 24 thus transferred is cooled by using a surrounding coolant or a cooling fan, and in the low temperature heat exchanger 25, cooling water such as water or glycol is circulated and released to the outside of the resonance tube 23 to be cooled. You get the effect.

열음향 냉각기기는 압축식 냉각기기와 비교할 경우 냉매를 사용하지 않기 때문에 환경친화적이며, 압축기(11)가 없어 각 부품의 유지비용이 작고 윤활유가 필요없으며, 소음 및 진동이 작고, 미세한 온도조절이 용이하며, 가동을 위한 소비전력이 작다는 점이다. 열음향 냉각기기의 단점은 압축식 냉각기기와 비교할 경우 상대적 으로 냉각효율이 낮다는 점이다. 그리고 열음향 냉각기기의 또하나의 특징은 냉각시스템의 크기가 스피커시스템(21)의 구동주파수에 따라 달라지며, 저주파 구동시에 냉각규모가 대규모 냉각에 보다 유용하다는 점이다.Thermoacoustic chillers are environmentally friendly because they do not use refrigerants as compared to compressed chillers, and as there is no compressor 11, the maintenance cost of each part is small, no lubricating oil is required, noise and vibration are small, and fine temperature control is achieved. It is easy and the power consumption for operation is small. A disadvantage of thermoacoustic chillers is their relatively low cooling efficiency when compared to compressed chillers. And another feature of the thermoacoustic cooling device is that the size of the cooling system depends on the driving frequency of the speaker system 21, and the cooling scale is more useful for large-scale cooling at low frequency driving.

단일 공명관 열음향 냉각기기는 환경친화성을 비롯한 많은 장점에도 불구하고 냉각효율에 있어 기존의 압축식 냉각기기에 비하여 현재의 기술상 열등한 형편이다. 따라서 최적의 병렬형 결합을 통하여 종래의 단일 공명관 열음향 냉각기기를 개량함으로써 열음향 냉각기기의 환경친화성을 비롯한 장점들을 유지하면서 압축식 냉각기기에 비하여 단점이던 낮은 냉각효율을 향상시킴이 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제이다. 병렬형 열음향 냉각기기는 열음향 냉각기기를 병렬형으로 배열하여 열음향 냉각기기의 장점인 환경 친화성, 낮은 소음과 진동, 유지비용 경제성, 긴 수명, 소비전력 경제성 등을 유지한다. 그리고 공명관의 병렬형 배열을 통하여 열음향 냉각기기에서 압축식 냉각기기에 비교하여 단점이던 낮은 냉각효율을 효율적으로 향상시키고, 동시에 소규모 냉각에서 대규모 냉각까지 냉각규모의 변화에 대한 조절을 용이하게 한다.The single resonant tube thermoacoustic chiller is inferior in current technology to the cooling efficiency in spite of many advantages including environmental friendliness compared to the conventional compressed chiller. Therefore, by improving the conventional single-resonance tube thermoacoustic chiller through the optimal parallel coupling, the present invention is to improve the low cooling efficiency, which is a disadvantage compared to the compressed chiller, while maintaining the advantages including the environmental friendliness of the thermoacoustic chiller. This is a technical problem to be achieved. The parallel thermoacoustic cooling device arranges the thermoacoustic cooling devices in parallel to maintain the advantages of thermoacoustic cooling devices, such as environmental friendliness, low noise and vibration, low cost of maintenance, long life, and low power consumption. In addition, the parallel arrangement of the resonance tube effectively improves the low cooling efficiency, which is a disadvantage compared to the compression cooling system in the thermoacoustic cooling system, and at the same time facilitates the adjustment of the change in the cooling scale from small cooling to large cooling.

도1은 압축식 냉각기기의 개략도1 is a schematic view of a compression cooling machine

도2는 열음향 냉각기기의 개략도 (a) 및 열음향 스택의 단면도 (b)2 is a schematic diagram (a) of a thermoacoustic chiller and a cross section (b) of a thermoacoustic stack;

도3은 병렬형 열음향 냉각기기의 개략도Figure 3 is a schematic diagram of a parallel thermoacoustic chiller

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11: 압축기 12: 응축기 13: 팽창기 14: 증발기 15: 교류전원11: Compressor 12: Condenser 13: Expander 14: Evaporator 15: AC Power

21: 스피커 시스템 22: 열음향 스택 23: 공명관 24: 고온 열교환기 25: 저온 열교환기 26: 교류전원 27: 스택의 단면21 Speaker system 22 Thermoacoustic stack 23 Resonance tube 24 High temperature heat exchanger 25 Low temperature heat exchanger 26 AC power source 27 Cross section of stack

31: 스피커 시스템 32: 열음향 스택 33: 공명관 34: 고온 열교환기 35: 저온 열교환기 36: 교류전원31 speaker system 32 thermoacoustic stack 33 resonance tube 34 high temperature heat exchanger 35 low temperature heat exchanger 36 ac power

병렬형 열음향 냉각기기(parallel thermoacoustic refrigerator)는 단일 공명관 열음향 냉각기기를 병렬형으로 배열한 고안이다. 병렬형 열음향 냉각기기의 기본구성은 도3에 표시한 바와 같이 도2의 단일 공명관 열음향 냉각기기의 기본구성을 그대로 유지하여 음파발생장치(스피커시스템)(31), 스택(32), 공명관(33), 고온 열교환기(34), 저온 열교환기(35) 등의 부품으로 구성된다. 다만 도3의 병렬형 열음향 냉각기기의 외부구성은 도2의 열음향 냉각기기와 다르게 병렬형으로 배열된 다수의 공명관(33)의 한 끝에 공유되는 스피커시스템(31)이 부착되어 있다. 각각의 공명관에 각각의 스피커시스템이 부착될 수도 있다. 공명관의 병렬형 배열은 세개의 공명관을 삼각기둥 형태로 배열하는 것을 비롯하여 여러 형태가 가능하다. 도3의 경우에는 세개의 공명관이 일자 형태 나란히 배열된 병렬형 공명관을 하나의 예로 나타낸다. 냉각시스템의 크기는 스피커시스템 (31)의 구동주파수와 공명관(33)의 길이와 수량의 관계에 따라 결정되어진다. 공명관의 길이는 스피커 구동주파수의 반파장 이나 사분의일 파장에 해당되는 길이를 가지는 것이 효율적이다. 공명관의 한 쪽 끝이 막혀 기체 압력이 영인 경우에는 반파장에 해당하는 구동주파수를 사용하고 공명관의 한 쪽 끝이 헬름홀쯔관 등이 위치하여 기체 압력이 영이 아닌 경우에는 사분의일 파장에 해당하는 구동주파수를 사용한다. 각각의 공명관의 내부에는 다공성 매질인 병렬형 열음향 스택(stack)(32)이 존재한다. 각각의 스택의 한 쪽에는 고온 열교환기(34)가 연결되어 있으며 또 다른 한쪽에는 저온 열교환기(35)가 연결되어 있다. 고온 열교환기(34) 및 저온 열교환기(35)는 모든 병렬형 공명관에서 공유되도록 설계한다. 따라서 병렬형 열음향 냉각기기에서는 각기의 냉각기기에서 단점이던 상대적으로 낮은 냉각효율을 높이도록 구성할 수 있으며, 동시에 소규모 냉각에서 대규모 냉각까지 냉각규모의 변화에 대한 조절이 용이하게 된다.A parallel thermoacoustic refrigerator is a design in which a single resonance tube thermoacoustic refrigerator is arranged in parallel. As shown in FIG. 3, the basic configuration of the parallel type thermoacoustic cooling machine is maintained as the basic configuration of the single resonance tube thermoacoustic cooling device of FIG. 2 as it is. 33, the high temperature heat exchanger 34, the low temperature heat exchanger 35, and the like. However, the external configuration of the parallel thermoacoustic cooling device of FIG. 3 is attached to a speaker system 31 shared at one end of a plurality of resonance tubes 33 arranged in parallel unlike the thermoacoustic cooling device of FIG. 2. Each speaker system may be attached to each resonance tube. The parallel arrangement of the resonance tubes can take many forms, including arranging three resonance tubes in a triangular prism form. In the case of Fig. 3, an example of a parallel resonance tube in which three resonance tubes are arranged side by side is shown. The size of the cooling system is determined according to the relationship between the drive frequency of the speaker system 31 and the length and quantity of the resonance tube 33. The length of the resonance tube is effective to have a length corresponding to half wavelength or one quarter wavelength of the speaker driving frequency. If one end of the resonance tube is blocked and the gas pressure is zero, the driving frequency corresponding to half wavelength is used. If one end of the resonance tube is a Helmholtz tube, etc., if the gas pressure is not zero, it corresponds to one quarter wavelength. Use drive frequency. Inside each resonance tube is a parallel thermoacoustic stack 32, which is a porous medium. One side of each stack is connected to a high temperature heat exchanger 34 and the other side is connected to a low temperature heat exchanger 35. The high temperature heat exchanger 34 and the low temperature heat exchanger 35 are designed to be shared in all parallel resonance tubes. Therefore, the parallel thermoacoustic cooling device can be configured to increase the relatively low cooling efficiency which is a disadvantage in each cooling device, and at the same time, it is easy to control the change of the cooling scale from small cooling to large cooling.

병렬형 열음향 냉각기기는 이와 같이 열음향 냉각기기의 기본구성에 열음향 스택(32)과 공명관(33)을 병렬형으로 배열한다. 공명관의 병렬형 배열은 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 도3의 경우에는 3개의 공명관을 옆으로 나란히 배열한 경우이다. 병렬형 열음향 냉각기기의 핵심적인 구성요소는 도2의 병렬형 열음향 스택(32)에서 시작되며, 병렬형 배열을 이용하여 다공성 스택을 제작하는 것이다. 다공의 형태는 구형, 원통형, 사각기둥형 등으로 냉각성능 및 재질의 제작 용이성에 따라 다양하게 제작할 수 있다. 따라서 헬륨기체 등의 불활성 기체가 있는 병렬형 공명관(33)에서 내부의 기체 이동이 병렬형 열음향 스택(32)을 통하여 가능하게 한다. 공명관 길이 방향으로의 두께는 적절히 조절함으로써 음파를 이용한 냉각이 최적이 되도록 한다. 열음향스택의 제작에서 핵심기술은 스택의 양단이 열적으로는 절연되면서 양단에 있는 불활성 기체의 이동은 자유로와 음파가 전달이 잘되도록 스택에 있는 다공의 크기를 조절하는 것이다. 결과적으로 병렬형 열음향 스택(32)은 각각의 스택에 의한 열의 흡수 및 방출로 심한 온도 기울기를 가지게 된다. 공명관 내부에 존재하는 불활성 기체의 압력을 크게 하면 스택 양단의 온도 차이가 크게 되며, 더욱 심한 온도 기울기를 얻을 수 있다. 상기한 바와 같은 구조를 가지는 병렬형 열음향 스택은 열음향 냉각방식에 의한 저온과 고온 발생이 가능하도록 한다. 따라서 냉각효율을 높일 수 있으며, 냉각규모의 변화를 두 냉각기기의 적절한 배합에 따라 소규모에서 대규모까지 적절히 조정할 수 있다.The parallel thermoacoustic cooling device arranges the thermoacoustic stack 32 and the resonance tube 33 in parallel in the basic configuration of the thermoacoustic cooling device. The parallel arrangement of the resonance tubes can be configured in various forms. In the case of FIG. 3, three resonance tubes are arranged side by side. A key component of a parallel thermoacoustic chiller starts with the parallel thermoacoustic stack 32 of FIG. 2, and fabricates a porous stack using a parallel arrangement. The shape of the pore is spherical, cylindrical, rectangular, etc. can be produced in various ways depending on the cooling performance and the ease of manufacture of the material. Therefore, in the parallel resonance tube 33 having an inert gas such as helium gas, gas movement inside is made possible through the parallel thermoacoustic stack 32. The thickness in the resonator tube length direction is appropriately adjusted so that cooling using sound waves is optimal. A key technique in the fabrication of thermoacoustic stacks is to control the size of the pores in the stack so that both ends of the stack are thermally insulated while the inert gas movements at both ends are free and sound waves are transmitted. As a result, the parallel thermoacoustic stack 32 has a severe temperature gradient due to the absorption and release of heat by each stack. Increasing the pressure of the inert gas present inside the resonance tube increases the temperature difference across the stack, resulting in a more severe temperature gradient. The parallel thermoacoustic stack having the structure as described above enables low temperature and high temperature generation by a thermoacoustic cooling method. Therefore, the cooling efficiency can be increased, and the change in the cooling scale can be appropriately adjusted from small scale to large scale according to the proper combination of the two cooling apparatuses.

도3과 같이 고온 열교환기(34) 및 저온 열교환기(35)는 모든 병렬형 공명관에 공유되도록 구성한다. 고온 열교환기(34)에는 수냉식일 경우에 물 등의 액체를 접촉시키며, 공냉식일 경우에 팬을 가동시켜 고온 열교환기를 식혀주는 역할을 하게된다. 저온 열교환기(35)에는 내부에 액체를 순환시켜 저온상태를 유지하도록 하며 냉각을 위한 목적으로 사용된다. 그리고 스피커도 다수의 공명관에 공유하도록 설계되며, 사용되는 음파의 주파수에 따라 공명관의 길이와 직경이 결정된다.As shown in FIG. 3, the high temperature heat exchanger 34 and the low temperature heat exchanger 35 are configured to be shared by all parallel resonant tubes. The high temperature heat exchanger 34 is in contact with a liquid such as water in the case of water-cooled, and serves to cool the high-temperature heat exchanger by operating the fan in the case of air-cooled. The low temperature heat exchanger (35) circulates the liquid therein to maintain a low temperature state and is used for cooling purposes. Speakers are also designed to be shared by multiple resonators, and the length and diameter of the resonators are determined by the frequency of the sound waves used.

병렬형 열음향 냉각기기는 열음향 냉각기기의 장점을 유지한다. 병렬형 열음향 냉각기기의 장점은 냉매를 사용하지 않기 때문에 환경친화적이며, 압축식 냉각기기와 비교할 경우 압축기(11)가 없어 각 부품의 유지비용이 작고 윤활유가 필요없으며, 소음 및 진동이 작고, 미세한 온도조절이 용이하며, 가동을 위한 소비전력이 작다는 점이다. 그리고 병렬형 열음향 냉각기기는 열음향 냉각기기의 단점을 장점으로 전환한다. 따라서 병렬형 열음향 냉각기기에서는 압축식 냉각기기에 비하여 열음향 냉각기기의 단점이던 낮은 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다. 그리고 병렬형 열음향 냉각기기에서는 냉각시스템의 크기는 사용하는 음파의 주파수의 크기와 배열 공명관 수량과 형태를 적절히 조합하여 소규모에서 대규모까지 냉각규모를 조절할 수 있다.Parallel thermoacoustic chillers maintain the advantages of thermoacoustic chillers. The advantages of the parallel thermoacoustic chiller are environmentally friendly because they do not use refrigerant, and as compared to the compressed chiller, there is no compressor (11), so the maintenance cost of each part is small, no lubricant is required, noise and vibration are small, It is easy to control fine temperature and the power consumption for operation is small. And the parallel thermoacoustic chiller turns the disadvantage of the thermoacoustic chiller into an advantage. Therefore, the parallel thermoacoustic cooling device can improve the low cooling efficiency, which is a disadvantage of the thermoacoustic cooling device, compared to the compression type cooling device. In the parallel thermoacoustic cooling system, the size of the cooling system can be adjusted from small to large by appropriately combining the size of the frequency of the acoustic wave and the number and shape of the array resonance tubes.

병렬형 열음향 냉각기기는 각종의 냉동기기 및 냉장기기에 응용될 수 있다. 예를 들어 냉온정수기, 김장독, 자동차용 냉온장고, 물수건 제조기, 에어컨 등 다양한 가전제품 분야, 컴퓨터 CPU 칩의 냉각기, 광통신용 레이저 다이오드 변조기(laser diode modulator), 잉크젯프린터 헤드(ink jet printer head)의 항온제어 등의 전자부품분야와 이동통신 무인기지국, 통신용 전자부품 캐비넷 등에 병렬형 열음향 냉각기기가 적용될 수 있다. 이외에도 반도체 제조용 냉각기, 과학계측기기, 의료기기, 진공장치 등에 다양하게 응용될 수 있으며, 대형 냉동창고, 냉동공장, 대형 주거건물 등의 냉방시설에 사용될 수 있다.The parallel thermoacoustic cooling device can be applied to various refrigeration and refrigerating devices. For example, various home appliances such as cold / hot water purifiers, Kim Chang-dok, automotive cold / hot clothes, towel makers, air conditioners, coolers of computer CPU chips, laser diode modulators for optical communication, and ink jet printer heads. The parallel thermoacoustic cooling device can be applied to the field of electronic components such as constant temperature control, mobile communication unmanned base stations, and electronic component cabinets for communication. In addition, it can be used in various applications such as semiconductor manufacturing coolers, scientific measuring equipment, medical devices, vacuum devices, etc., and can be used for cooling facilities such as large refrigerators, freezers, and large residential buildings.

병렬형 열음향 냉각기기에서 고온 열교환기에 전달되는 온열을 수냉식이나 공냉식으로 냉각시키고 있으나 냉각시키지 않고 온열을 바로 이용할 수도 있다. 따라서 고온 열교환기의 온열을 이용하거나 고온과 저온 열교환기의 온열과 냉열의 겸용 사용하는 병렬형 열음향 냉온기기는 병렬형 열음향 냉각기기의 간단한 응용이다. 마찬가지로 저온을 핵심적으로 이용하는 병렬형 열음향 냉각기기는 온열을 일로 바꾸어 열기관에 이용할 수 있으므로 병렬형 열음향 기관에 즉시 적용될 수 있다.The heat transmitted from the parallel thermoacoustic cooling machine to the high temperature heat exchanger is cooled by water or air cooling, but the heat may be directly used without cooling. Therefore, the parallel thermoacoustic cold and hot machine that uses the heat of the high temperature heat exchanger or the heat and cold of the high and low temperature heat exchanger is a simple application of the parallel thermoacoustic cooler. Similarly, a parallel thermoacoustic chiller, which uses low temperature as a core, can be immediately applied to a parallel thermoacoustic engine because the heat can be converted into work and used in a heat engine.

병렬형 열음향 냉각기기는 오존층붕괴 및 지구 온난화 문제를 일으키는 냉매를 사용하지 않고, 안전성이 있는 기체나 유체를 사용하므로 환경친화적인 냉각기기이다. 그리고 기존의 압축식 냉각기기에 비하여 많은 장점을 가지고 있다. 기존의 압축식 냉각기기에 필수적인 압축기가 없으므로 기계적 고장이 상대적으로 작으며, 기계적 작동을 유지하기 위한 윤활유가 필요 없다. 따라서 병렬형 열음향 냉각기기의 유지비용은 압축식 냉각기기에 비하여 대폭 감소된다. 또한 냉각기의 가동에 필요한 전력 사용량도 기존 방식에 비해 상당히 줄일 수 있으므로 경제적이다. 한편으로 병렬형 열음향 냉각기로부터의 소음이 염려된다는 의문이 있을 수 있으나 냉각기 작동에 필요한 음향은 냉각기 내부의 공명관에 국한되도록 설계되므로 외부에 노출되는 실제 소음은 오히려 압축식 냉각기에 비해 작다. 그러므로 소음 및 진동의 크기가 기존 압축식 냉각기기에 비하여 작다. 그리고 병렬형 열음향 냉각기기에서는 냉각시스템의 크기는 대체로 사용하는 음파의 주파수의 크기와 배열 공명관의 수량과 형태를 적절히 조합하여 소규모에서 대규모까지 냉각규모를 조절할 수 있다.The parallel thermoacoustic cooling device is an environmentally friendly cooling device because it uses a gas or a fluid that is safe without using a refrigerant that causes ozone layer decay and global warming. And it has a lot of advantages over the conventional compressed cooling machine. Since there is no compressor necessary for conventional compressed cooling equipment, mechanical failure is relatively small and no lubricant is required to maintain mechanical operation. Therefore, the maintenance cost of the parallel thermoacoustic chiller is greatly reduced compared to the compressed chiller. In addition, the power consumption required to operate the cooler can be significantly reduced compared to the conventional method, so it is economical. On the one hand, there may be a question that the noise from the parallel thermoacoustic cooler is concerned, but the sound required to operate the cooler is designed to be limited to the resonance tube inside the cooler, so the actual noise exposed to the outside is rather small compared to the compressed cooler. Therefore, the magnitude of noise and vibration is smaller than that of a conventional compressed cooling machine. In parallel thermoacoustic cooling system, the size of the cooling system can be controlled from small to large size by appropriately combining the size of the frequency of the acoustic wave and the quantity and shape of the array resonance tube.

기대효과로는 음향학과 열역학이 접목된 새로운 기술 분야로서의 열음향 분야의 발전에 크게 기여할 수 있다. 국내외의 열음향 분야 연구는 학제간의 복합연구분야로서 미래의 전문기술 분야로서의 성장 가능성이 있다. 산업적으로 기존의 압축식 냉각기기를 환경친화적인 병렬형 열음향 냉각기기로 냉각규모에 관계없이 보다 효율적으로 대체할 수 있는 무한 잠재력을 가진다. 병렬형 열음향 냉각기기는 반도체의 냉각 등을 비롯한 소규모 냉각에서 건물의 냉각과 같이 대규모의 냉각에 이르기까지 많은 응용 가능성을 가지므로 다른 산업에 미치는 영향이 지대하다. 따라서 병렬형 열음향을 이용한 냉각기기의 실용화는 냉동 냉장산업에서의 획기적인 발전을 기대할 수 있다. 또한 병렬형 열음향 냉각기기의 개발은 병렬형 열음향 엔진의 개발에 바로 적용될 수 있으므로 산업전반에 거친 파급효과가 발생된다.Expected effects can greatly contribute to the development of the field of thermoacoustics as a new technical field combining acoustics and thermodynamics. Domestic and foreign thermoacoustic research is an interdisciplinary multidisciplinary research area with potential for future professional technology. Industrially, it is an environmentally friendly parallel thermoacoustic chiller that can replace existing compressed chiller with unlimited potential regardless of cooling scale. Parallel thermoacoustic chillers have many applications, ranging from small-scale cooling, such as semiconductor cooling, to large-scale cooling, such as building cooling. Therefore, the commercialization of the cooling apparatus using parallel thermoacoustic can expect a breakthrough in the refrigeration refrigeration industry. In addition, since the development of the parallel thermoacoustic cooler can be directly applied to the development of the parallel thermoacoustic engine, a rough ripple effect occurs in the entire industry.

Claims (2)

병렬형 공명관과 다공성 스택, 병렬형 공명관에 공유되는 스피커, 병렬형 공명관에 공유되는 저온 및 고온 열교환기를 구성 특징으로 하며, 단일 공명관 열음향 냉각기기의 환경친화성을 비롯한 장점을 유지하고, 냉각규모의 다변화를 용이하게 하며, 단일 공명관 열음향 냉각기기에 비하여 냉각효율을 향상시킨 병렬형 열음향 냉각기기.It features parallel resonance tube, porous stack, speaker shared by parallel resonance tube, low temperature and high temperature heat exchanger shared by parallel resonance tube, and maintains the advantages including environmental friendliness of single resonance tube thermoacoustic chiller. Parallel thermoacoustic chiller that facilitates the diversification of the system and improves the cooling efficiency compared to a single resonance tube thermoacoustic chiller. 병렬형 열음향 냉각기기의 응용으로서 온열과 냉열을 동시에 사용하는 병렬형 열음향 냉온기기.Parallel thermoacoustic chiller that uses both heat and cold at the same time as an application of parallel thermoacoustic chiller.
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