KR960003248B1 - 스터링 엔진의 디스플레이서 구조 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스터링 엔진의 디스플레이서 구조

제1도는 종래 스터링 엔진의 디스플레이서 구조를 보인 종단면도.

제2도는 종래 스터링 엔진의 요부인 디스플레이서 부분을 발췌하여 확대 도시한 종단면도.

제3도는 본 발명에 따른 스터링 엔진 디스플레이서부의 구성을 보인 분해사시도.

제4도는 본 발명의 스터링 엔진 디스플레이서부의 조립상태를 보인 조립단면도.

제5도는 본 발명의 디스플레이서부에 체결되는 탄성부재의 평면도 및 측면도.

제6도는 본 발명의 다른 실시례의 단열재 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 디스플레이서 12 : 암나사부

14,22 : 단턱부 20 : 디스플레이서 로드

24 : 나사부 26 : 수나사부

30 : 탄성부재 40 : 내부단열재

50 : 외부단열재 60 : 하부케이스

62 : 디스플레이서 씰링 64 : 하부홈

70 : 체결너트

본 발명은 스터링 엔진의 디스플레이서 구조에 관한 것으로, 특히 고온의 열을 차폐할 수 있으며 가공오차에 의한 조립시 흔들림을 방지하며 엔진의 효율을 증가시키기 위한 스터링 엔진의 디스플레이서 구조에 관한 것이다.

일반적으로 외연기관의 일종인 스터링 엔진 등의 스터링 기기는 실린더 내부의 작동가스가 팽창 및 수축시 일어나는 압력변화를 이용하여 동력을 얻는 기기이며, 실린더 내부의 기체가 가열되면 압력이 올라가고 냉각되면 압력이 내려가게 되는데 이때의 압력변화에 의한 힘을 피스톤이 받아서 동력을 발생시키게 된다.

또한, 상기의 스터링 기기에서 디스플레이서는 피스톤에서 발생된 동력을 받아서 왕복운동을 하며 작동가스를 팽창공간 및 압축공간으로 이동시키는 기능을 갖는다. 따라서 디스플레이서는 고온과 저온의 공간 사이에 있으므로 이를 따라서 열전달이 있게 되는데 이는 두 공간의 온도차이를 줄이게 되는 손실부분이 된다. 즉 열손실에 의한 압력변화의 감소로 전체 엔진의 효율도 저하되기 때문에 디스플레이서는 단열구조로 구성되어야 하면서도 경량화를 이루어야 한다.

종래 스터링 엔진의 디스플레이서 구조는 이미 미국 특허공보(NO 4,559,779)에선 출원된 바 있으며, 이러한 상기 종래의 스터링 엔진 디스플레이서 구조가 제1도 및 제2도에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 재생기(2)와 냉각기(3)에 연결되어 있는 실린더(8)와, 실린더(8) 내부에 구비되는 디스플레이서(6)와, 상기 디스플레이서(6)의 하단에 결합되는 디스플레이서 로드(9)와, 상기 디스플레이서 로드(9)의 외주면에 설치되는 피스톤 (7)을 포함하는 구성이다. 여기서 상기 디스플레이서(6) 저면부에는 압력통기구(6″)가 형성되고, 하부 외주면과 실린더(8)의 내주면 사이에는 내부 기밀 유지를 위한 디스플레이서씰링(6′)이 구비된다. 또한 상기 디스플레이서 로드(9)의 외주면에는 피스톤(7)의 중공 내주면과 접촉되는 부분에 로드 씰링(9′)이 구비되고, 피스톤 (7)의 외주면과 실린더(8) 내주면과의 사이에도 피스톤 씰링(7′)이 구비된다.

상기 디스플레이서(6)의 보다 세밀한 구성은 제2도의 도시와 같이, 실린더(8) 내부에 위치하여 디스플레이서 로드(9)에 결합되어 있는 디스플레이서(6)의 외부면상에 적충구조의 금속박판이 겹쳐서 된 복사열차폐막(10)이 착설되어 있다.

도면중 미설명 부호 1은 가열부, 4는 팽창공간, 5는 압축공간이다.

상기와 같은 구성으로 실린더(8) 내부의 기체가 가열부(1)에 의해 가열됨에 따라 내부압력이 상승하고, 냉각기(3)에 의해 냉각됨에 따라 내부압력이 하강하게 되는데 상기와 같은 실린더(8) 내부의 압력변화에 의해 그 힘이 피스톤(7)에 전달되어 동력을 발생시키게 된다. 이러한 상기의 스터링 기기의 디스플레이서(6)는 피스톤(7)에는 발생된 동력을 받아서 왕복운동을 하며 작동가스를 디스플레이서(6)에 의해 상,하부로 분할되는 고온의 팽창공간(4) 및 저온의 압축공간(5) 사이에서 이동시킨다. 따라서 디스플레이서(6)는 고온과 저온의 공간사이에 있으므로 이를 따라서 열전달이 있게 되는데 이는 두 공간의 온도차이를 줄이게 되는 손실부분으로 작용한다. 이러한 상기의 상태는 재생기(2)와 냉각기(3)에 의해 순환을 이루게 된다. 이때 상기 디스플레이서(6) 하부의 압력통기구(6″)는 초기 작동가스가 봉입될 때의 압력으로 충진되어 작동가스(통상 헬륨마스 사용)의 열전도가 금속보다 낮은점을 착안하여 열손실을 막고, 얇은 박판으로도 압력에 이상이 없도록 설계된다. 상기의 디스플레이서(6) 외면에 형성된 복사열 차폐막 (10)은 고온의 팽창공간(4)에서 저온의 압축공간(5)으로 열누출을 방지하는 작용을 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 스터링 엔진의 디스플레이서 구조는 작동가스의 봉입구조이므로 작동가스의 단열성이 충분하지 못하고, 더우기 고온의 복사열에 의한 차폐가 불가능하며, 디스플레이서의 축방향 금소전 도열에 의한 열전달을 막을 수 없다.

또한 디스플레이서 외주면에 착설된 복사열 차폐막은 실제 착설방법에 매우 어려움이 있어 용접이나 끼워맞춤 또는 브레이징(brazing)조립을 할 경우 변형에 의한 재가공이 필요하거나 필요시 분해가 거의 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로 , 고온의 열을 차폐할 수 있으며 가공오차에 의한 조립시 흔들림을 방지하여 엔진의 효율을 증가시키기 위한 스터링 엔진의 디스플레이서 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 스터링 엔진의 디스플레이서 로드와 결합되는 디스플레이서 내부에 고온차폐구조인 단열수단과, 복사열차폐수단과, 하부케이스가 디스플레이서 로드에 너트체결되어서 구성됨을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조가 제공된다.

상기 단열수단과 복사열차폐수단은 수개의 조로 적층형성되어 열차단의 효과를 배가시키도록 되는 구성이다.

상기 단열수단은 링 형상의 내부단열재와 외부단열재 또는 상기 내,외부단열재가 일체형으로 된 단열재가 구비되어 진다.

상기 복사열차폐수단을 위해 중앙부가 통공된 원판형상의 탄성부재가 구비되어지고, 상기 탄성부재는 중앙부가 돌출형성되어 탄성을 유지하도록 형성된 판스프링이 사용된다.

이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 따른 스터링 엔진 디스플레이서의 구성을 보인 분해사시도이고, 제4도는 본 발명의 스터링 엔진 디스플레이서부의 조립상태를 보인 조립단면도이며, 제5도는 본 발명의 디스플레이서부에 체결되는 탄성부재의 평면도 및 측면도이고, 제6도는 본 발명의 다른 실시례의 단열재 단면도이다.

상기 도시된 바와 같이, 스터링 엔진의 디스플레이서(10)와, 고온차폐구조인 단열수단 및 복사열차폐수단과, 하부케이스(60)와, 체결너트(70)가 디스플레이서 로드 (20)를 사이에 두고 체결되어 진다. 여기서 상기 디스플레이서(10)의 내부 상단에는 암나사부(12)가 형성되어 있고, 내측벽에는 단턱부(14)가 형성되어 있다. 상기 단열수단은 링 형상으로 된 내부단열재와 외부단열재가 사용되거나 또는 상기 내부단열재 외주면과 외부단열재 내주면이 연결부재(82)에 의해 연결되어 있는 내,외부일체형 단열재 (80)가 사용되어 진다. 상기 복사열차폐수단은 중앙부가 통공된 원판형상의 탄성부재 (30)가 사용되어 지는데, 상기 탄성부재(30)는 중앙부위가 돌출형성되어 자체의 탄성을 유지하도록 형성된 금속 판스프링이 사용된다. 상기 하부케이스(60)는 중앙이 통공된 원통형으로 외주면에는 디스플레이서 실링(62)이 구비되어 있고 하면에는 체결너트 (70)가 삽입되어 하부홈(64)(제4도 참조)이 형성되어 있다. 상기의 부재들은 그 중앙 통공부를 관통하는 디스플레이서 로드(20)에 의해 체결되는데 상기 디스플레이서 로드 (20)는 상부 끝단에 수나사부(26)가 형성되어 있고, 그 하부에 단턱부(22)가 형성되며, 그 하부의 일정거리 이격된 부위에 나사부(24)가 형성되어 있는 구성이다.

상기와 같은 구성으로 디스플레이서(10) 내부 상면에 형성된 암나사부(12)에 디스플레이서 로드(20)의 상부 끝단의 수나사부(26)가 체결되고, 상기 디스플레이서 로드(20) 상에 차례로 중앙이 통공된 탄성부재(30)가 삽입되고, 이어서 내부단열재(40)와 외부단열재(50)가 삽입되며, 다시 그 하부에 탄성부재(30)와, 내,외부단열재(40)(50)가 일졍량 적충구조로 교체 삽입된 후 마지막으로 외주면에 디스플레이서 씰링(62)이 구비된 하부케이스(60)가 삽입된다. 이때 상기 삽입부재들의 체결을 견고히 하기위해 체결너트(70)가 상기 하부케이스(60)의 하단 하부홈(64)에 삽입되어 상기 디스플레이서 로드(20)의 나사부(24)와 견고히 체결되어 진다.

여기서 상기 탄성부재(30)의 체결시 중앙 통공의 내단은 디스플레이서 로드(20)의 탄턱부(22)에 걸리고, 외주면은 디스플레이서(10) 내부의 탄턱부(14)에 걸려 지지되어 진다. 또한, 내,외부단열재(40)(50)는 열전도율이 극히 낮은 단열수단으로 세라믹 재질로 되어 있고, 이들은 각기 탄성부재(30)의 중심부위와 외곽원주 부위에 밀착되는 형태로 상기 탄성부재(30) 및 단열재(40)(50)는 수개층으로 적층되어 하부케이스(60)가 디스플레이서 로드(20)에 삽입되고, 체결너트(70)에 의해 조립이 완료된다. 이때 탄성부재(30)는 최초 착설시 중심부위가 돌출되어 있으므로 그 돌출높이 만큼의 외주면부가 상기 적층상태에서 이격되어 있으나 상기 체결너트(70)의 가압체결에 의해 제4도와 같은 형태로 단열재(40)(50)와 탄성부재(30) 밀착체결되어지며 디스플레이서 (10)의 작동시에도 상기 탄성부재(30)의 탄성력을 받아 흔들림 없이 고정되어 진다.

상기와 같은 스터링 엔진의 디스플레이서 구조에 의해 단열수단이 추가된 상태로 상기 단열수단이 탄성부재와 적충조립되어 있으므로 전도에 의한 열전달 뿐만 아니라 복사열까지도 차폐할 수 있는 효과가 있어 디스플레이서를 통한 열전달을 최소화할 수 있으며 결과적으로 엔진의 효율을 높일 수 있다. 즉, 스터링 엔진은 고온팽창부와 저온압축부 사이의 압력변화가 클수록 효율이 높고 이는 결국 온도의 함수로 작용하므로 온도의 차이가 클수록 효율이 높아지게 되는 것이다.

또한, 탄성부재로 판스프링 형태의 복사열차폐막을 사용하고 있으므로, 탄성작용으로 운동시 전혀 흔들림이 없고, 단열재의 높이가 불균일할 때를 보상하여 체결하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고온의 열을 차폐할 수 있으며 가공오차에 의한 조립시 흔들림을 방지하여 엔진의 효율을 증가시키기 위한 스터링 엔진의 디스플레이서 구조를 제공함으로써, 종래의 스터링 엔진의 디스플레이서 구조상 작동가스의 봉입구조에 따른 작동가스에 다른 작동가스의 단열성이 충분하지 못하고, 고온의 복사열에 의한 차폐가 불가능하며, 디스플레이서의 축방향 금속전도열에 의한 열전달을 막을 수 없는 문제점과, 디스플레이서 외주면에 착설된 복사열 차폐막은 실제 착설방법에 매우 어려움이 있어 용접이나 끼워맞춤 또는 브레이징(brazing)조립을 할 경우 변형에 의한 재가공을 필요하거나 필요시 분해가 거의 불가능하게 되는 문제점 등을 해결할 수 있는 효과적인 발명이다.

Claims (6)

1. 스터링 엔진의 디스플레이서 로드와 결합되는 디스플레이서 구조에 있어서, 내부에 고온차폐구조인 단열수단과, 복사열차폐수단과, 하부케이스가 디스플레이서 로드에 너트체결 되어서 구성됨을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 단열수단과 복사열차폐수단은 수개의 조로 적층형성되어 열차단의 효과를 배가 시키도록 됨을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 단열수단은 링 형상의 내부단열재와 외부단열재로 형성되어짐을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 단열수단은 링 형상의 내부단열재와 외부단열재가 일체형으로 된 내,외부일체형 단열재가 형성되어짐을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 복사열차폐수단은 중앙 통공된 원판형상의 탄성부재로 형성되어짐을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.
6. 제5항에 있어서, 상기 탄성부재는 중앙부가 돌출형성되어 탄성을 유지하도록 형성된 판스프링임을 특징으로 하는 스터링 엔진의 디스플레이서 구조.