Thermoacoustic Refrigerating System, Part II : Implementation and Experiment

열음향 냉장시스템 (II) : 제작 및 실험

In this paper, the thermoacoustic refrigerating system was implemented and its operation was experimentally verified. The system is composed of several parts ,4 inch midrange speaker, speaker housing, chamber, stack housing, stack of plates, heat exchangers, thin pipe and cavity. The system is filled with He gas at 10 bar and contains T-type thermocouples and condenser microphone for measuring the temperature and pressure inside, respectively. In addition, cooling water is used for protecting speaker from thermal destruction and cooling down the hot heat exchanger. For the experimental verification of the implemented refigerating system, electrical impedance and resonance characteristics were measured. The results showed that it was most efficient to drive the system at 340 Hz. When operated at 340 Hz, $30^\circ{C}$ environments and 50 electical watts, the temperature of the cold region decreased by $16^\circ{C}$. The dissatisfaction mainly comes from the incomplete thermal insulation of the cold region. We also pointed out some guidelines to improve the performance for later study.

본 논문에서는 열음향 냉장시스템을 실제로 설계, 제작하고 그 동작을 확인하였다. 제작된 시스템은 4인치의 중음부 스피커로 구동되며 스피커 하우징, 챔버, 스택하우징, 스택, 열교환기, 가는관, 그리고 공명구로 구성되었으며 내부에 10기압의 He을 채워 실험하였다. 실행 중 온도하강측정을 위하여 T 타입의 열전쌍을 열교환기에 부착하였고, 내부음압측정용 콘덴서 마이크로폰을 장착하였다. 스피커의 열손상을 막고 고온 열교환기를 냉각시키기 위하여 냉각수를 공급하였다. 실제 실험을 위하여 제작된 열음향기관의 전기적인 임피던스를 측정하여 공진특성을 파악하였는데, 실험 결과 설계치와는 약간 다르게 340Hz로 구동하는 것이 효율적이었다. 이러한 해석을 기초로 실제 냉장실험을 수행한 결과 $30^\circ{C}$의 조건하에서 340Hz, 50W로 구동하였을 때 $16^\circ{C}$의 냉장효과를 관찰하였다. 관찰된 냉각효과와 설계치의 차이를 규명하기 위하여 제작된 열음향기관의 미비점을 고찰하였는 바, 냉각부의 단열이 제일 중요한 문제임을 파악하였으며 그외의 보완이 필요한 사항은 이후의 진행될 연구의 과제로서 제시하였다.