KR950006417Y1 - 스터어링 냉동기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스터어링 냉동기

제 1 도는 종래 스터어링 냉동기를 나타낸 종단면도.

제 2 도는 본 고안 스터어링 작동상태를 나타낸 종단면도로서, 제 2a 도는 크랭크암의 각도가 0°일 때 제 2b 도는 크랭크암의 각도가 90°일 때 제 2c 도는 크랭크암의 각도가 180°일 때 제 2d 도는 크랭크암의 각도가 270°일 때.

제 3 도는 본 고안 스터어링 냉동기의 요부를 나타낸 분해사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 본체 2 : 팽창실린더

3 : 팽창피스톤로드 4 : 팽창피스톤

5 : 슬라이더부 6 : 압축실린더

7 : 압축피스톤로드 8 : 압축피스톤

10 : 클랭크암 11 : 장공

12 : 크랭크핀 13 : 튜브

본 고안은 스터어링 냉동기에 관한 것으로, 기기를 소형화함과 함께 열교환기의 방열효율도 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

종래 스터어링 냉동기는 첨부도면 제 1 도에 도시한 바와 같은 형태로서, 본체(21)에 압축실린더(22)와 팽창실린더(23)가 상호 90°의 위상차를 가지고 형성되어 있고 상기 압축실린더(22)에는 압축피스톤(24)이, 팽창실린더(23)에는 팽창피스톤(25)이 각각 왕복운동 가능하게 결합되어 있다.

또한 크랭크 샤프트(26)에 고정된 크랭크암(27)과 압출실린더(22)의 로드 상이에는 제1커넥팅로드(28)가 연결되어 있고 상기 크랭크암과 팽창실린더(23)의 로드사이에는 제2커넥팅로드(29)가 연결되어 있으며, 상기 제1커넥팅로드와 제2커넥팅로드의 일측 끝부분은 크랭크암(27)에 편심고정된 크랭크핀에 공통적으로 결합되어 있다.

또한 팽창실린더(23)의 하부에는 로드씰(15)이 설치되어 상기 팽창실런더(23)내의 작동가스가 새어나가지 않게 되고 압출실린더(22)와 팽창실린더(22)에는 상기 실린더(22)(23)가 서로 통하여지도록 하기 위한 셀튜브(Shell Tube) 및 핀 튜브(Fin Tube)로 연결되어 있으며, 상기 튜브에는 압축실린더(22)와 팽창실린더(23)내의 작동가스가 이동될 때 열교환이 이루어지도록 하기 위한 냉각기(14)가 설치되어 있고 팽창실린더(23)내에는 축열기능을 갖는 재생기(16)가 설치되어 있다.

따라서 크랭크 샤프트(26)가 회전하면 상기 크랭크 샤프트를 축으로 하여 크랭크암(27)이 선회운동을 하게 되는데, 이때 제1커넥팅로드(28)와 제2커넥팅로드(29)가 연동하므로 본체(21)에 형성된 압축실린더(22)내의 압축피스톤(24)보다 팽창실린더(23)내의 팽창피스톤(25)의 위상각이 앞선채로 하여 각각 왕복운동을 하고 이에 따라 작동가스가 튜브(30)를 통해 압축공간과 팽창공간으로 번갈아 가며 유동한다.

즉, 압축피스톤(24)이 좌향 운동하여 작동가스를 팽창시킬경우에는 팽창공간에서 열을 흡열함으로써 등온팽창이 되어 냉각효과가 발생되고 압출피스톤(24)이 우향운동을 하여 작동가스를 압축시킬 경우에는 냉각기(14)에서 열을 방출함으로서 등온 압축이 되어 역스터어링 시이크(Reverse Stirling Cycle)을 이루며 연속반복운동을 계속하게 된다.

그러나 이러한 종래의 스터어링 기기는 크랭크 기구를 사용하여 압축피스톤과 팽창피스톤을 왕복운동시킴으로써 커넥팅로드의 길이를 짧게 하는데 한계가 있고 이에 따라 기기가 대형화되는 문제점이 있다.

또한 냉각기에 방열을 위한 쉘튜브 및 핀튜브가 움직이지 않고 고정되는 구조이어서 상기 열교환기를 물로 냉각시키거나 팬으로 강제 송풍시켜 냉각시켜 주어야 하며, 장시간 사용시 열교환기의 방열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 고안은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 스카치 요크(Scotch-Yoke)기구에 의해 압축피스톤과 팽창피스톤을 왕복운동시킬 수 있도록 하여 기기의 소형화를 이룸과 함께 열교환기를 이루는 튜브를 유연성이 있는 튜브로 사용하여 열교환기의 방열효율도 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일실시예에 따라 본체의 상부 팽창실린더내에 설치된 팽창피스톤과, 상기 본체의 하부에 설치되고 일측에 형성된 슬라이더부가 상기 팽창피스톤의 피스톤 로드에 고정되어 있는 압축실린더와, 상기 압축실린더내에 설치되고 피스톤로드부분이 슬라이더부와 피스톤로드에 연결되어 압축실린더를 상, 하로 이동시킴과 동시에 압축피스톤을 왕복이동시키는 스카이 요크기구와, 상기 팽창실린더와 압축실린더가 서로 통하여지도록 연결하는 튜브를 포함하여서 된 소형스터어링 냉동기가 제공된다.

본 고안의 실시예를 첨부도면과 관련하여 상세하게 설명한다. 첨부도면 제 2 도는 본 고안 스터어링 냉동기의 요부를 나타낸 사시도로서, 본 고안은 본체(1)의 상부에 형성된 팽창실린더(2)내에 팽창피스톤로드(3)를 갖는 팽창피스톤(4)을 왕복운동가능하게 설치하고 상치 본체(1)의 하부 일측에는 슬라이더부(5)가 일체 형성된 압축실린더(6)를 상, 하이동가능하게 설치하여 상기 팽창피스톤로드(3)와 슬라이더부(5)를 서로 고정하며, 상기 압축실린더(6)에는 슬라이더부(5)에 끼워질 수 있도록 압축피스톤로드(7)를 갖는 압축피스톤(8)을 왕복운동가능하게 설치하여 크랭크 샤프트(9)에 고정된 크랭크암(10)이 선회할 때 스카치 요크기구에 의해 상기 압축실린더(6)를 상, 하로 수직이동시킬 수 있도록 함과 함께 압축피스톤(8)과 팽창피스톤(4)을 왕복운동시킬 수 있도록 한다.

상기 스카치 요크 기구는 슬라이더부(5)의 일측에 형성된 장공(11)과 상기 장공(11)내로 끼워져 일측은 압축피스톤로드(7)의 끝단부에 고정되어 있고 타측은 크랭크암(10)에 편심고정된 크랭크핀(12)으로 구성되어 있다.

또한 압축실린더(6)와 팽창실린더(2)에는 상기 실린더(6)(2)가 서로 연통되도록 하기 위해 튜브(13)가 설치되는데, 상기 튜브는 유연성이 좋은 플랙시를 튜브(Flexible Tube)로 되어 압축실린더(6)가 원활하게 상, 하 이동됨은 물론 열교환기의 열을 강제 대류시킬 수 있다.

또 상기 튜브는 플랙시를 튜브외에 벨로우즈 타입튜브(Bellows Type Tube)를 사용하여도 된다.

이와 같이 구성된 본 고안은 작용,효과를 설명한다.

일반적인 스터어링 기기의 동작은 이미 설명된 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 크랭크 샤프트(9)가 고정된 크랭크암(10)이 시계방향으로 선회하면 크랭크 각도가 변화되는데, 이때 스카치요크 기구에 의해 압축실린더(6)가 상, 하로 수직 이동함과 함께 상기 압축실린더(6)에 결합된 압축피스톤(8)과 팽창실린더(2)에 결합된 팽창피스톤(4)이 왕복운동을 하고 이에 따라 작동가스가 튜브(13)를 통해 압축공간과 팽창공간으로 번갈아 가며 유동한다.

상기에서 스카치 요크 기구에 의해 압축실린더(6)가 상, 하 이동함과 함께 압축피스톤(8) 및 팽창피스톤(4)이 왕복운동을 하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

첨부도면 제 2a 도에 도시된 바와 같은 상태 즉, 크랭크암의 각도가 0°인 상태에서 크랭크암(10)이 선회운동을 하면 일측이 팽창 피스톤로드(3)에 고정되고 타측이 상기 크랭크암(10)에 편심고정된 크랭크편(12)이 크랭크 샤프(9)을 축으로 하여 원을 그리며 이동하는데, 이때 슬라이드부(5)의 일측에 형성된 장공(11)으로 크랭크핀(12)이 끼워져 있으므로 상기 크랭크핀에 의해 슬라이드부(5)가 제 2b 도와 같은 수직 상승작동과 제 2c 도와 같은 수직하강을 반복하고 상기 슬라이드부(5)에는 팽창피스톤로드(3)가 고정되어 있으므로 팽창실린더(2)내에서 팽창피스톤(4)이 왕복운동을 하게 된다.

또한, 압축실린더(6)가 상, 하로 수직이동할때는 압축실린더에 끼워져 압축피스톤 (8)도 왕복운동을 하는데, 상기 압축피스톤이 왕복운동을 하는 것을 첨부도면 제 2a 도와 같은 상태에서 크랭크핀(12)이 원을 그리며 회전할 때 상기 크랭크린은 슬라이드부(5)에 형성된 장공(11)을 따라 이동하면서 크랭크 각도가 제 2b 도와 같이 90°, 제 2c 도와 같이 180°, 제 2d 도와 같이 270°로 연속으로 변하고 이에따라 압축피스톤로드(7)가 슬라이드부(5)내에서 좌,우로 왕복운동을 함으로 압축실린더(6)에 끼워진 압축피스톤(8)이 왕복운동을 하게 된다.

한편 압축실린더(6)와 팽창실린더(2)가 서로 통하여지도록 유연성있는 튜브(13)가 설치되어 냉각기(14)와 함께 열교환기를 이루고 있으므로 상기 압축실린더(6)가 수직이동할 때 상기 튜브(13)가 흔들리게 되고 이에따라 열교환기에서 강제 대류효과로 인해 대기중으로 방열을 하게 된다.

그러므로 본 고안은 스카치요크 기구에 의해 압축피스톤과 팽창피스톤을 왕복운동시킴으로 기기를 소형화할 수 있고 열교환기를 이루는 튜브를 유연성 있는 튜브로 사용함에 따라 방열효과가 상승하므로 종래에서처럼 물이나 팬에 의해 강제적으로 열교환기를 냉각시킬 필요가 없는 매우 유용한 고안이다.

Claims (3)

1. 본체(1)의 상부 팽창실린더(2)내에 팽창피스톤(4)을 설치하여 상기 팽창피스톤(4)과 고정된 피스톤로드(3)에 슬라이더부(5)를 고정한 것에 있어서, 상기 슬라이더부(5)에 압축실린더(6)를 일체로 형성하여 압축피스톤(8)의 피스톤로드(7)가 슬라이더부(5)내로 삽입되도록 함과 함께 피스톤로드(7)와 슬라이더부(5)를 크랭크린(12)으로 연결하여 팽창피스톤(4)의 운동에 따라 압축실린더와 슬라이더부 전체가 상, 하로 왕복운동되게 하고 상기 팽창실린더와 압축실린더 사이에는 냉각기(14)가 고정된 유동성 튜브(13)를 연결하여서 됨을 특징으로 하는 스터어링 냉동기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브(13)는 플랙시블형 튜브로된 스터어링 냉동기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브(13)는 벨로우즈형 튜브로된 스터어링 냉동기.