KR940005671B1 - 비아매이 시스템의 구동속도 제어장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

비아매이 시스템의 구동속도 제어장치

제1도는 종래 비아매이 기기의 구성도.

제2도는 제2(a)도∼제2(d)도는 종래 비아매이 기기의 동작 설명도.

제3도는 종래 비아매의 기기의 싸이클 선도.

제4도는 본 발명의 장치가 적용된 비아매이 기기의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비아매이 기기 2 : 고온측 실린더

2' : 저온측 실린더 3 : 고온측 디스플레이서

4 : 저온측 디스플레이서 5 : 디스플레이서 로드

31,32 : 제1, 제2소피스톤 33 : 유압실

33a,33b : 유압부 34 : 유압부 케이스

34a : 피스톤 삽입관 35 : 선형모터

36 : 연결관 37 : 가지배관

38,39 : 제1, 제2쵸크밸브 40 : 압력조절수단

41 : 압력조절피스톤 42 : 니들 스크류

43 : 모터 43' : 축

본 발명은 비아매이 시스템(Vuilleumier system)에 관한 것으로, 디스플레이서의 구동속도를 제어하여 냉각열교환기의 온도 대역을 가변할 수 있도록한 비아매이 시스템의 구동속도 제어장치에 관한 것이다.

종래의 비아매이 시스템은 제1도에 도시한 바와같이, 기기본체(1)에 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')가 구비되어 있으며 각 실린더(2)(2')내부에는 각기 고온측 디스플레이(3)와 저온측 디스플레이(4)가 삽입되고, 이들 디스플레이서(3)(4)는 각각 디스플레이서 로드(5)와 컨넥팅로드(6)에 의해 크랭크 샤프트(7)에 연결되어 있다.

상기 고온측 실린더(2)의 일측공간부인 고온부(8)는 다수의 히터튜브(heater tubo)(9)로 연결되어 외부의 버너(10)에 의해 내부 작동 가스가 가열되도록 되어 있으며, 히터 튜브(9)는 고온의 열을 축적하거나 방출하는 고온재생기(11)와 연결된 후 중온열교환기(12)와 연결되고, 이 중온열교환기(12)는 고온측 실린더(2)의 타측 공간부인 중온부(13)와 연결되어 있다.

한편, 저온축 실린더(2')의 일측공간부인 저온부(14)는 저온열교환기(15)와 연결되고 이는 다시 저온의 열을 축적하거나 방출하는 저온재생기(16)와 연결된 후 중온열교환기(12)에 연결되어 저온측 실린더(2')의 타측부 공간인 중온부(13)와 통하도록 되어 있다.

즉 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')의 중온부(13)는 연결통로(17)로 서로 통하도록 연결되어 있다.

또한 상기 각 디스플레이서(3)(4)에는 그 디스플레이서(3)(4)가 각각 왕복운동할때 작동가스의 누설이 없도록 피스톤링(18)이 결합되어 있으며, 크랭크 케이스(19)와 상기 중온부(13)사이에 작동가스의 누설이 없도록 로드시일(20)이 결합되어있다.

그리고, 상기 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')의 고온부(8) 저온부(14) 및 중온부(13) 및 크랭크케이스(19)등의 공간부에는 작동가스로서 헬륨등이 약 50∼150Kg/㎠ 정도로 충전되어 있다.

이상에서 설명한 바와같은 비아매이 시스템은 고온의 연소열과 대기중의 열로부터 열량이 싸이클내에 흡수되고, 고온재생기(11)와 저온재생기(16)에 의하여 시스템의 열효율을 향상할 수 있게 된다.

이러한 종래의 비아매이 시스템은 방열 열교환기(22)에 의하여 난방 또는 급탕을 행하는 동시에 냉각 열교환기(23)에 의하여 냉방을 행할 수 있게 된다.

제2도는 비아매이 시스템의 동작설명도이고, 제3(a)도, 제3(b)도, 제3(c)도는 싸이클선도로서, 도면에서 P는 압력, V는 체적, T는 온도, Q는 열량을 각각 표시하고 첨자 H는 고온부, A는 중온부, C는 저온부를 각각 표시한 것이다.

이하, 제2도 및 제3도를 참조하여 비아매이 싸이클 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제2(a)도에서는 저온측 디스플레이서(4)가 최하측, 고온측디스플레이서(3)가 중간위치에 있고, 이 상태는 제3도 싸이클선도에서 "1"의 위치에 해당된다.

그리고 이 상태에서 전체 작동가스의 온도는 낮고, 따라서 작동가스의 압력도 낮으며, 저온측 실린더(2')에는 냉동부하로 부터 열 Qc가 흡수되고 고온측 실린더(2)에서는 열원으로 부터 열 QH가 흡수된다.

제2(a)도상태에서 제2(b)도와 같이 저온측 디스플레이서(4)가 중간위치, 고온측 디스플레이서(3)가 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')는 모두 부피가 감소되어 제3도의 싸이클선도 "2"의 위치에 해당되고, 저온측 실린더(2')의 저온작동가스는 저온재생기(16)를 통과하면서 중온부(13)의 온도 TA에 가깝게 가열되어 중온부(13)로 유입되며, 고온측 실린더(2)의 고온작동가스는 고온재생기(11)를 통과하면서 열을 축적하고 상기 온도 TA에 가깝게 냉각되어 중온부(13)로 유입된다.

그리고 실린더(2)와 저온측 실린더(2')는 부피가 같이 감소하였으므로 전체의 작동가스 온도가 거의 변하지 않고 따라서 압력도 불변이다.

그러나 압력강하에 의해 야기된 팽창과정이 부하로 부터 열을 흡수케 한다.

이어서, 제2(c)도와같이 저온측 디스플레이서(4)가 최상측으로, 고온측디스플레이서(3)가 중간으로 이동하게 되면 저온측 실린더(2')는 부피가 감소하고 고온측 실린더(2)는 부피가 증가하여 싸이클선도의 "3"위치에 해당하게 되며, 이때 저온 작동가스는 저온재생기(16)를 통과하면서 온도 TA에 가깝게 가열되고 중온 작동가스는 고온재생기(11)를 통과하면서 축적된 열에 의해 고온부(8)의 온도 TH에 가깝게 가열되어 고온측 실린더(2)로 유입된다.

그리고 고온축 실린더(2)의 부피증가와 저온측 실린더(2')의 부피 감소로 작동가스온도가 증가되어 전체압력이 증가하고, 이 압축과정을 등온과정으로 유지하기 위해 중온부(13)에서 열 QA가 방출된다.

이어서 제2(d)도와 같이 저온측 디스플레이서(4)가 중간위치, 고온측디스플레이서(3)가 최좌측 위치로 이동되면, 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')의 부피가 모두 증가되어 싸이클선도의 "4"위치에 해당되며, 이때 중온 작동가스는 저온재생기(16)를 통과하면서 열을 빼앗겨 저온부(14)의 온도 TC에 가깝게 되어 저온측 실린더(2')로 들어가고, 일부의 중온 작동가스는 고온재생기(11)를 통과하면서 열을받아 온도 TH에 가깝게 되어 고온측 실린더(2)로 들어간다.

그리고 저온측 실린더(2')와 고온측 실린더(2)는 모두 부피가 증가 하였으므로 전체압력은 불변하나, 약간의 압축과정이 발생되어 중온공간에서 열이 방출된다.

이어서 제2(a)도와같이 저온측 디스플레이서(4)가 최하측, 고온측 디스플레이서(3)가 중간위치로 이동되면 고온측 실린더(2)는 부피가 감소하고 저온축 실린더(2')는 부피가 증가하여 싸이클선도 "1"의 위치에 해당되며, 이때 고온측 실린더(2)의 작동가스는 고온재생기(11)를 통과하면서 TA에 가깝게 냉각되고, 중온부(13)의 작동가스는 저온 재생기(16)를 통과하면서 TC로 냉각되어, 결국 작동가스 온도는 낮아지고 압력도 감소하게 되어 팽창이 일어나며 이 팽창일로 고온측 실린더(2)와 저온측 실린더(2')의 선단부에서 열흡수가 일어나면서 초기상태로 되고, 상기와 같은 싸이클이 계속 반복된다.

그러나, 상기한 바와같은 종래의 비아매이 시스템은 구동부가 크랭크 드라이브 메카니즘(crank drive mechanism)으로 구성되어 있으므로 구동부재에 횡분력(side force)이 발생하여 마찰손실이 증대되는 문제점이 있었고, 냉각 열교환기의 온도를 가변 조절하기가 어려운 결함이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로 본 발명의 주목적은 고온부와 저온부 피스톤들의 상태운동이 유압에 의하여 행하여지도록 운동전달부를 유압식 구조로 구성함으로써 구동부재의 횡분력에 의한 마찰손실을 감소할 수 있는 바이매이 시스템의 속도제어장치를 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 다른목적은 유압실의 내체적을 압력조절수단에 의하여 조절하고 시스템의 속도를 제어함으로써 방열, 냉각 열교환기의 온도대역을 가변시킬 수 있는 바이매이 시스템의 속도제어장치를 제공하기 위한 것이다.

이하, 이와같은 본 발명을 첨부도면에 일실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명에 의한 속도제어장치의 구성을 보인 비아매이 시스템의 단면도로서, 이에 도시한 바와같이, 비아매이 시스템에 있어서, 고온측 실린더(2)에 삽입된 고온측 디스플레이서(3)의 디스플레이서 로드(5)에 결합되는 제1소피스톤(31)과, 저온측 실린더(2')에 삽입된 저온측 디스플레이서(4)의 디스플레이서 로드(5)에 결합되는 제2피스톤(32)과, 상기 제1, 제2소피스톤(31)(32)이 삽입되는 유압실(33)을 보유한 유압부 케이스(34)와, 상기 유압실(33)의 양외측 유압부(33a)(33b)을 보유한 유압부 케이스(34)와, 상기 상기 유압실(33)의 양화측 유압부(33a)(33b)간에 연결되는 연결관(36)과, 상기 제1소피스톤(31)을 기동시키기 위하여 고온측 유압부(33a)주위에 설치되는 선형모터(35)를 고온측 디스플레이서(3)와 저온측 디스플레이서(4)를 구동하기 위한 제1,제2피스톤(31)(32)이 일정한 위상각을 가지고 유압에 의하여 상대운동하도록 구성한것을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 유압케이스(34)의 일측부에는 유압실(33)의 체적을 변화시켜 압력을 조절하는 압력조절수단(40)을 설치하여, 상기 제1, 제2소피스톤(31)(32)의 속도를 제어함으로써 방열, 냉각열교환기(22)(23)의 온도 대역을 가변하도록 구성함을 특징으로 하고 있다.

상기 유압실(33)은 상기 제1, 제2소피스톤(31)(32)이 양단부에 긴밀하게 삽입되어있으며, 상기 제1소프스톤(31)과 고온측 피스톤격막(24)사이, 그리고 제2소피스톤(32)과 저온측 피스톤 격막(24)사이에 서로 상대적으로 팽창 또는 압축되는 고온측 유압부(33a)와, 저온축 유압부(33b)가 마련되어 있다.

상기 양외측 유압부(33a)(33b)간에 연결된 연결관(36)에는 제4도에 실선으로 도시한 바와같이, 한쌍의 가지배관(37)을 중간부에 형성하여 그 양쪽 가지배관(37)에 제1, 제2쵸크밸브(38)(39)를 연결한 구성으로 되어있으나, 가상선으로 도시한 바와같이 양외측 유압부(33a)(33b)를 단지 연결관(36')으로만 연결할 수도 있다.

상기 압력조절수단(40)은 상기 유압케이스(34)의 유압실(33)일측부에 형성한 피스톤 삽입관(34a)과, 그 피스톤 삽입관(34a) 내측에 직선이동가능하게 삽입되는 압력조절피스톤(41)과, 피스톤 삽입관(34a)외측에 설치되는 모터(43)와, 그 모터(43)의 축(43')과 나사결합으로 연결되어 모터(43)의 구동력으로 상기 압력조절피스톤(41)을 이동시키는 니이들 스크류(42)로 구성되어 있다.

이와같이 된 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 초기시동은 고온측 제1소피스톤(31)을 선형모터(35)로 구동시킴으로써 시작되고, 고온측 실린더(2)내부의 체적이 팽창하여 고온측 디스플레이서(3)와 고온측 제1소피스톤(31)이 하향이동하면 압력전달에 의해 저온측 제2소피스톤(32)은 우측으로 이동하여 저온측 실린더(2')내의 체적이 압축되며, 이때 고온측 유압부(33a)의 유체는 팽창하고 저온측 유압부(33b)의 유체는 압축되어 제1, 제2소피스톤(31)(32)간의 상대운동이 방해될 것이나, 양외측 유압부(33a)(33b)를 연결하는 연결관(36)의 관로에 설치된 일측 쵸크밸브(39)가 개방되면서 작동유체가 이동되므로 제1, 제2소피스톤(31)(32)의 상대운동이 원활하게 행하여진다.

한편, 저온측 실린더(2')가 팽창하고, 고온측 실린더(2)가 압축될 경우에는 상기의 반대 작용에 의하여 연결관(36)의 관로에 설치된 타측 쵸크밸브(38)가 개방되면서, 제1, 제2소피스톤(31)(32)의 상대 운동이 원활하게 행하여지며, 이와같이 하여 제1, 제2소피스톤(31)(32)와 디스플레이서(3)(4)가 일정한 위상각을 가지고 상대운동을 할 수 있게된다.

그리고, 압력조절수단(40)의 모터(43)를 구동시키면 그의 모터축(43')에 결합된 니들스크류(42)가 이동하고 그 니들 스크류(42)에 의하여 압력조절피스톤(41)이 이동하여 유압실(33)내의 압력을 변환시키게 됨에따라 제1, 제2소피스톤(31)(32)과, 디스플레이서(3)(4)의 작동속도가 제어되며, 이에의하여 방열교환기(22) 및 냉각열교환기(23)의 온도를 변화시킬 수 있다.

상기한 본 발명의 시스템에서 양외측 유압부(33a)(33b)을 제4도의 가상선과 같이 단지 연결관(36)으로만 연결하고, 쵸크밸브(38)(39)를 제거하는 경우에도 시스템의 동작은 상기한 바와같이 행하여진다.

본 발명에 의한 비아매시 시스템의 그외 동작은 종래의 것과 유사하게 행하여 진다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 운동 전달부가 기존의 크랭크 구조가 아닌 유압식 구동구조로 되어 있으므로 크랭크 구조에서 나타나는 횡분력(side force)에 의한 마찰손실을 해소할 수 있으며, 쵸크밸브를 사용하여 피스톤간의 상대운동을 원활하게 행할 수 있는 효과가 있다.

그리고 압력조절피스톤으로 유압실내의 압력을 조절하여 피스톤 상호간에 미치는 힘을 변화시킴으로써 비아매이 시스템의 속도를 제어하게되고 이에의하여 난방용 방열열교환기와 냉방용 냉각열교환기의 온도를 조절할 수 있는 이점이 있다.

이러한 본 발명은 난방 또는 급탕과 난방 또는 냉방의 기능을 겸하여 갖는 공기조화기에 유리하게 적용할수 있다.

Claims (4)

1. 고온측 실린더(2)에 삽입된 고온측 디스플레이서(3)의 디스플레이서 로드(5)에 결합되는 제1소피스톤(31)과, 저온측 실린더(2')에 삽입된 저온측 디스플레이서(4)의 디스플레이서 로드(5)에 결합되는 제 2소피스톤(32)과, 상기 제1, 제 2소피톤(31)(32)이 삽입되는 유압실(33)을 보유한 유압부 케이스(34)와, 상기유압실(33)의 양외측 유압부(33a)(33b)간에 연결되는 연결관(36)(36')과, 상기 제1소피스톤(31)을 기동시키기 위하여 고온측 유압부(33a) 주위에 설치되는 선형모터(35)를 구비하여 고온측 디스플레이서(3)와 저온측 디스플레이서(4)를 구동하기위한 제1, 제2소피스톤(31)(32)이 일정한 위상각을 가지고 유압에 의하여 상대운동하도록 구성함을 특징으로 하는 비아매이 시스템의 구동속도 제어장치.
2. 제 1항에 있어서 상기 유압케이스(34)의 일측부에는 유압실(33)의 채적을 변화시켜 압력을 조절하는 압력조절 수단(40)을 설치하여, 상기 제1, 제2소피스톤(31)(32)의 속도를 제어함으로써 방열, 냉각 열교환기(22)(23)의 온도 대역을 가변하도록 구성함을 특징으로하는 비아매이 시스템의 구동속도 제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 연결관(36)의 중간부에 한쌍의 가지배관(37)을 형성하고, 그 양쪽 가지배관(37)에 제1, 제 2쵸크밸브(38)(39)를 연결하여 구성함을 특징으로 하는 비아매이 시스템의 구동속도 제어장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 조절압력수단(40)은 상기 유압부 케이스(34)의 유압실(33) 일측부에 형성한 피스톤 삽입관(34a)과 그 피스톤 삽입관(34a)내측에 직선이동가능하게 삽입되는 압력조절피스톤(41)과, 피스톤 삽입관(34a)외측에 설치되는 모터(43)와, 그 모터 (43)의 축(43')과 나사결합으로 연결되어 모터(43)의 구동력으로 상기 압력조절피스톤(41)을 이동시키는 니이들 스크류(42)로 구성함을 특징으로 하는 비아매이시스템의 구동속도 제어장치.