KR100311373B1

KR100311373B1 - 무윤활맥동관냉동기

Info

Publication number: KR100311373B1
Application number: KR1019980042586A
Authority: KR
Inventors: 김선영
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2001-11-15
Also published as: KR20000025489A

Abstract

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 종래에는 구동부에서 펌핑되는 작동가스가 하나의 냉동부측으로 순환하면서 압축/팽창되므로 구조적 비대칭으로 인하여 진동 발생이 크게 되고, 또한 극저온으로 냉각해야할 부품이 많거나 두 개의 냉동부가 필요할 경우 별도로 두 개의 구동부가 필요하게 되어 전체 시스템의 크기가 커지는 단점이 있었는 바, 본 발명은 하나의 구동부에 두 개의 냉동부를 구성하여 구조적 대칭을 이루도록 함으로써 작동시 진동 소음 발생을 최소화하여 제품의 신뢰성을 향상시키고, 또한 동시에 다량의 부품 냉동 처리가 가능하도록 하여 활용도를 높임과 아울러 전체 시스템의 크기를 동급 대비 소형화가 가능하도록 할 수 있도록 한 것이다.

Description

무윤활 맥동관 냉동기{OIL-FREE PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 특히 구동모터에 의해 작동하는 하나의 구동부에 극저온을 형성하는 냉동부를 두 개 구비하여 작동시 발생되는 진동을 최소화할 뿐만 아니라 사용의 효용성을 높이고, 동급대비 그 구조를 간단하게 할 수 있도록 한 무윤활 맥동관 냉동기에 관한 것이다.

일반적으로 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator) 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator)등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있으나, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전속도를 낮추어야 하거나, 또는 작동가스의 펌핑시 마찰부위의 마모에 대비하여 윤활을 실시하여야 했다.

이에 최근에는 냉동기의 높은 신뢰성을 유지하면서도 고속운전이 가능하여 냉동효율이 향상되는 것은 물론, 별도의 윤활이 필요없어 장기간 보수를 하지 않아도 되는 극저온 냉동기가 요구되고 있는데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 무윤활 맥동관 냉동기(Lubricationless Pulse Tube Refrigerator)이다.

상기한 바와 같은 무윤활 맥동관 냉동기는 그 일예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동부(100)와, 상기 구동부(100)에 의해 펌핑된 작동가스가 관내를 왕복운동하면서 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동부(200)로 크게 구분되어 있다.

상기 구동부(100)는 실린더부(1)가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스(10)와, 그 밀폐케이스(10)의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(20)와, 그 구동모터(20)의 가동자에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(30)과, 그 구동축(30)에 연결됨과 아울러 밀폐케이스(10)의 실린더부(1)에 삽입되어 구동축(30)과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤(40)과, 상기 밀폐케이스(10)와 구동축(30) 사이의 상,하부에 각각 결합되어 구동모터(20) 가동자의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 구동모터(20)의 공진운동을 유발시킴과 아울러 구동모터(20)의 가동자의 직선운동을 전달받아 움직이는 피스톤(40)의 직진성을 안내하는 지지부재(51)(52)로 구성되어 있다.

상기 밀폐케이스(10)는 피스톤(40)이 삽입되어 직선 왕복운동을 하도록 실린더부(1)가 형성되는 상부프레임(11)과, 그 상부프레임(11)의 저면에 밀착 결합되어 내부에 상기 구동축(30)의 상단이 결합된 안내용 지지부재(51)가 체결됨과 아울러 상기 구동모터(20)가 고정 장착되는 중간프레임(12)과, 그 중간프레임(12)의 저면에 밀착 결합되어 구동축(30)의 하단에 결합된 탄성용 지지부재(52)가 체결되는 하부프레임(13)과, 상기 중간프레임(12) 및 하부프레임(13)을 감싸도록 상부프레임(11)의 하단면에 밀봉 결합되어 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉쉘(14)로 이루어져 있다.

상기 지지부재(51)(52)는 모두 원판형의 판스프링으로서 피스톤(40)의 직진성이 유지되도록 상부프레임(11)의 실린더부(1)와 함께 동심선상에 위치하도록 결합되어구동축(30)을 지지하게 된다.

상기 구동모터(20)는 내,외측 라미네이션(21)(22)과 그에 권선되는 권선 코일(23)로 이루어지는 고정자와, 상기 내,외측 라미네이션(21)(22)사이에 삽입되는 마그네트(24)인 가동자를 포함하여 구성되며, 상기 마그네트(24)는 연결부재(25)에 의해 구동축(30)에 연결되어 마그네트(24)의 움직임이 구동축(30)에 전달된다.

상기 구동축(30)은 구동모터(20)의 가동자에 일체되는 것으로, 그 상단은 안내용 지지부재(51)를 관통하여 피스톤(40)에 일체로 압입되는 반면, 그 하단은 하부 지지부재(52)의 중앙을 관통하여 별도의 고정부재(60)와 체결되어 있다.

그리고 상기 냉동부(200)는 밀폐케이스(10)의 실린더부(1)에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(211)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(212)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(210)과, 그 맥동관(210)의 압축부(211)에 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 오리피스(220)와, 그 오리피스(220)에 연결되어 작동가스가 일시 체류하는 저장용기(230)와, 상기 맥동관(210)의 팽창부(212)와 구동부(100)의 실린더부(110a) 사이에 연결되어 맥동관(210)으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 맥동관(210)에서 구동부(100)의 실린더부(1)로 되돌아 가는 작동가스의 온도를 보상하는 재생기(240)와, 그 재생기(240)와 구동부(100)의 실린더부(1) 사이에 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 예냉기(250)로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 동작과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되어 가동자인 마그네트(24)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 상기 마그네트(24)의 운동이 연결부재(25)를 통해 구동축(30)에 전달되면서 구동축(30)에 결합된 피스톤(40)이 실린더부(1) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑시키게 된다.

이때, 상기 피스톤(40)의 압축행정시는 실린더부(1)의 작동가스가 예냉기(250)쪽으로 유출되고, 그 예냉기(250)에서 소정 온도로 미리 냉각된 작동가스는 재생기(240)를 거치면서 열교환되어 내부의 현열을 저장한 상태로 맥동관(210)으로 유입되는데, 이 유입되는 작동가스에 의해 맥동관(210)에 충진되어 있던 작동가스는 오리피스(220)쪽으로 밀리면서 압축되어 맥동관(210)의 압축부(211) 온도가 상승하게 되고, 그 상승된 온도는 작동가스가 오리피스(220)를 지나면서 단열팽창되어 외부로 방열된다.

이어, 상기 맥동관(210)은 피스톤(40)의 압축행정과 팽창행정간 사이에서 고압상태의 열적 평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 오리피스(220)를 통해 맥동관(210)으로부터 저장용기(230)로 이동하여 맥동관(210)의 온도를 낮추게 된다.

그리고 상기 피스톤(40)의 팽창행정시는 맥동관(210)으로 유입되었던 작동가스를 흡입하면서 맥동관(210)내의 작동가스를 재생기(240)쪽으로 이동시키게 되는데, 이때 재생기(240)를 통해 맥동관(210)을 빠져나가는 작동가스의 질량유량에 비해 오리피스(220)를 통해 맥동관(210)으로 유입되는 작동가스의 질량유량이 훨씬 적기때문에 상기 맥동관(210)에서의 작동가스는 단열 팽창된다. 이 작동가스의 단열팽창은 통상 냉측 열교환기(미부호)가 장착된 재생기(240)쪽에서 급격하게 발생되어 극저온부가 형성된다.

이어, 상기 맥동관(210)은 피스톤(40)의 팽창행정과 압축행정 사이에서 저압상태의 열적 평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 오리피스(220)를 통해 저장용기(230)에서 맥동관(210)으로 이동하면서 맥동관(210)내 작동가스의 압력을 높여 처음의 온도를 회복하게 된다.

상기 구동축(30)의 상,하단부에 결합된 상,하부 지지부재(51)(52)는 구동축(30)의 왕복운동을 받아 가동자인 마그네트(24)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고, 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 피스톤(40)의 공진운동을 유발시킴과 아울러 가동자의 직선운동을 전달받아 움직이는 피스톤(40)이 실린더부(1)의 내주벽과 항상 일정한 공차를 두고 직선운동을 할 수 있도록 안내하게 된다.

또한 상기 상,하부 지지부재(51)(52)가 직선 왕복운동하는 구동축(30)의 직진성을 유지함과 더불어 상기 피스톤(40)과 실린더부(1)의 미소간격을 유지하여 무윤활 왕복운동이 이루어지게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기는 구동부에서 펌핑되는 작동가스가 하나의 냉동부(200)측으로 순환하면서 압축/팽창되므로 구조적 비대칭으로 인하여 진동 발생이 크게 되고, 또한 극저온으로 냉각해야할 부품이 많거나 두 개의 냉동부가 필요할 경우 별도로 두 개의 구동부가 필요하게 되어 전체 시스템의 크기가 커지는 단점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 구동모터에 의해 작동하는 하나의 구동부에 극저온을 형성하는 냉동부를 두 개 구비하여 작동시 발생되는 진동을 최소화할 뿐만 아니라 사용의 효용성을 높이고, 동급대비 그 구조를 간단하게 할 수 있도록 한 무윤활 맥동관 냉동기를 제공함에 있다.

도 1은 종래 무윤활 맥동관 냉동기를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

301 ; 제1 실린더부 302 ; 제2 실린더부

310 ; 밀폐케이스 311 ; 상부프레임

312 ; 중간프레임 313 ; 하부프레임

314 ; 복개프레임 315 ; 밀봉쉘

320 ; 구동모터 330 ; 구동축

351,352 ; 지지부재 341 ; 제1 피스톤

342 ; 제2 피스톤 410 ; 제1 예냉기

420 ; 제1 맥동관 430 ; 제1 오리피스

440 ; 저장용기 450 ; 제1 재생기

510 ; 제2 예냉기 520 ; 제2 맥동관

530 ; 제2 오리피스 550 ; 제2 재생기

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 양측에 각각 제1,2 실린더부가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스와, 그 밀폐케이스의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 가동자에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 각각 결합됨과 아울러 상기 밀폐케이스의 제1,2 실린더부에 각각 삽입되어 구동축과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 제1,2 피스톤과, 상기 구동축의 양단을 각각 지지하도록 결합되어 피스톤의 직진성을 유도하는 안내용 지지부재 및 탄성용 지지부재와, 상기 밀폐케이스의 제1,2 실린더부에 각각 연통되도록 설치되어 제1,2 실린더부에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부에서는 외부의 열을 흡수하는 제1,2 맥동관과, 상기 제1,2 맥동관에 각각 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 제1,2 오리피스와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 상기 제1,2 오리피스가 연통되며 작동가스가 일시 체류하는 저장용기와, 상기 제1,2 맥동관의 팽창부와 제1,2 실린더부사이에 각각 연결되어 제1,2 맥동관으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 제1,2 맥동관에서 제1,2 실린더부로 되돌아가는 작동가스의 온도를 보상하는 제1,2 재생기와, 상기 제1,2 재생기와 제1,2 실린더부사이에 각각 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 제1,2 예냉기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기가 제공된다.

이하, 본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 구동모터의 구동에 의해 피스톤을 직선 왕복 운동시키면서 작동가스를 펌핑하는 구동부(300)와 상기 구동부(300)에 각각 연통되도록 이루어져 구동부(300)에서 펌핑된 작동가스가 순환하는 제1 냉동부(400)와 제2 냉동부(500)로 구성된다.

상기 구동부(300)는 양측에 각각 제1,2 실린더부(301)(302)가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스(310)와, 그 밀폐케이스(310)의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(320)와, 그 구동모터(320)의 가동자에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(330)과, 그 구동축(330)의 양단에 각각 결합됨과 아울러 상기 밀폐케이스(310)의 제1,2 실린더부(301)(302)에 각각 삽입되어 구동축(330)과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 제1,2 피스톤(341)(342)과, 상기 구동축(330)의 양단을 각각 지지하도록 결합되어 구동모터(320)의 가동자로부터전달되는 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 구동모터(320)의 공진운동을 유발시킴과 아울러 제1,2 피스톤(341)(342)의 직진성을 유도하는 지지부재를 포함하여 구성된다. 상기 지지부재는 제1 피스톤(341)측에 결합되는 안내용 지지부재(351)와 제2 피스톤측(342)에 결합되는 탄성용 지지부재(352)로 구성된다.

상기 밀폐케이스(310)는 제1 피스톤(341)이 삽입되어 직선 왕복운동을 하는 제1 실린더부(301)가

구비된 상부프레임(311)과, 그 상부프레임(311)의 저면에 밀착 결합되어 내부에 구동모터(320) 및 상기 안내용 지지부재(351)가 고정 장착되는 중간프레임(312)과, 상기 중간프레임(312)의 일측면에 결합됨과 아울러 탄성용 지지부재(352)가 구속되는 하부프레임(313)과, 상기 제2 피스톤(342)이 삽입되어 왕복운동을 하는 제2 실린더부(302)가 형성되어 상기 하부프레임(313)의 일측면을 복개하도록 결합되는 복개프레임(314)과, 상기 중간프레임(312)과 하부프레임(313)을 감싸도록 상부프레임(311) 및 복개프레임(314)에 밀봉 결합되어 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉쉘(315)을 포함하여 구성된다.

상기 상부프레임(311)은 소정의 두께와 높이를 갖는 원통형으로 형성되며 그 가운데에 일정 직경을 갖도록 관통된 제1 실린더부(301)가 형성되고, 상기 제1 실린더부(301)의 외측으로 제1 실린더부(301)를 복개하도록 제1 예냉기(410)가 결합된다.

상기 중간프레임(312)은 내부에 단턱지며 일정 두께를 갖는 원통형으로 형성되어 일측단이 상기 상부프레임(311)에 결합된다. 상기 하부프레임(313)은 내부에 단턱지며 일정 두께를 갖는 원통형으로 형성되어 상기 중간프레임(312)에 결합된다. 상기 복개프레임(314)은 소정의 두께와 높이를 갖는 원통형으로 형성되며 그 가운데에 일정 직경을 갖도록 관통된 제2 실린더부(302)가 형성되고, 상기 제2 실린더부(302)의 외측으로 제2 실린더부(302)를 복개하도록 제2 예냉기(510)가 결합된다.

상기 중간프레임(312)의 단턱진 원통형의 내부에 구동축(330)의 움직임을 일측에서 안내 지지하는 안내용 지지부재(351)가 결합되고, 그 측부의 단턱진 부분에 구동모터(320)를 구성하며 내부에 코일이 권선된 외측 라미네이션(321)이 고정 결합되며, 상기 외측 라미네이션(321)내부에 소정의 간격을 두고 내측 라미네이션(322)이 삽입되어 외측 라미네이션(321)에 고정 결합되는 모터지지부재(323)에 고정된다. 상기 내측 라미네이션(322)에 일정 직경과 길이를 갖는 구동축(330)이 관통 삽입되며 상기 구동축(330)의 양단에 상부프레임(311)의 제1 실린더부(301)와 복개프레임(314)의 제2 실린더부(302)에 각각 삽입된 제1 피스톤(341) 및 제2 피스톤(342)이 각각 결합되고 상기 구동축(330)은 연결부재(324)에 의해 가동자인 마그네트(325)와 연결된다. 또한 구동축(330)의 일측에 상기 안내용 지지부재(351)가 결합되며 그 타측에 하부프레임(313)에 고정 결합되는 탄성용 지지부재(352)가 결합된다.

미설명 부호 326은 권선 코일이다.

상기 제1 냉동부(400)는 상기 밀폐케이스의 제1 실린더부(301)에 연통되도록 설치되어 제1 실린더부(301)에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(421)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(422)에서는 외부의 열을 흡수하는 제1 맥동관(420)과, 상기 제1 맥동관의 압축부(421)에 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 제1 오리피스(430)와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 상기 제1 오리피스(430)가 연통되며 작동가스가 일시 체류하는 저장용기(440)와, 상기 제1 맥동관(420)의 팽창부(422)와 제1 실린더부(301)사이에 각각 연결되어 제1 맥동관(420)으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 제1 맥동관(420)에서 제1 실린더부(301)로 되돌아가는 작동가스의 온도를 보상하는 제1 재생기(450)와, 상기 제1 재생기(450)와 제1 실린더부(301)사이에 각각 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 제1 예냉기(410)를 포함하여 구성된다. 상기 제1 냉동부(400)를 구성하는 각 부품은 연결관(P)에 의해 연결된다.

그리고 제2 냉동부(500)는 상기 밀폐케이스의 제2 실린더부(302)에 연통되도록 설치되어 제2 실린더부(302)에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(521)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(522)에서는 외부의 열을 흡수하는 제2 맥동관(520)과, 상기 제2 맥동관의 압축부(521)에 연결됨과 아울러 상기 저장용기(440)에 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 제2 오리피스(530)와, 상기 제2 맥동관의 팽창부(522)와 제2 실린더부(302)사이에 각각 연결되어 제2 맥동관(520)으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 제2 맥동관(520)에서 제2 실린더부(302)로 되돌아가는 작동가스의 온도를 보상하는 제2 재생기(550)와, 상기 제2 재생기(550)와 제2 실린더부(302)사이에 각각 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 제2 예냉기(510)를 포함하여 구성된다. 상기 제2 냉동부(500)를 구성하는 각 부품은 연결관(P)에 의해 연결된다.

이하, 본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기는 먼저, 상기 구동모터(320)에 전원이 인가되어 가동자인 마그네트(325)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 상기 마그네트(325)의 운동이 연결부재(324)를 통해 구동축(330)에 전달되면서 구동축(330)의 양단에 결합된 제1,2 피스톤(341)(342)이 제1,2 실린더부(301)(302)내에서 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑시키게 된다.

이때, 제1 실린더부(301)에서 펌핑된 작동가스는 제1 냉동부(400)측으로 순환하게 되면서 제1 맥동관(420)에서 저온 상태를 유지하게 되고, 제2 실린더부(302)에서 펌핑된 작동가스는 제2 냉동부(500)측으로 순환하게 되면서 제2 맥동관(520)에서 저온상태를 유지하게 된다.

상기 제1,2 실린더부(301)(302)에서 펌핑된 작동가스가 제1,2 냉동부(400)(500)측으로 순환되면서 이루어지는 과정은 종래와 같이 이루어지게 된다. 즉, 상기 제1,2 피스톤(341)(342)의 압축 행정시는 제1,2 실린더부(301)(302)의 작동가스가 제1,2 예냉기(410)(510)쪽으로 유출되고, 그 제1,2 예냉기(410)(510)에서 소정 온도로 미리 냉각된 작동가스는 제1,2 재생기(450)(550)를 거치면서 열교환되어 내부의 현열을 저장한 상태로 제1,2 맥동관(420)(520)으로 유입되며, 이 유입되는 작동가스에 의해 제1,2 맥동관(420)(520)에 충진되어 있던 작동가스는 제1,2 오리피스(430)(530)쪽으로 밀리면서 압축되어 제1,2 맥동관(420)(520)의 압축부 온도가 상승하게 되고, 그 상승된 온도는 작동가스가 제1,2 오리피스(430)(530)를 지나면서 단열팽창되어 외부로 방열된다. 이어, 상기 제1,2 피스톤(341)(342)의 압축행정후 팽창행정이 이루어지기 전 사이에 제1,2 맥동관(420)(520)내부는 고압상태의 열적 평형상태를 이루게 되며, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 제1,2 오리피스(430)(530)를 통해 제1,2 맥동관(420)(520)으로부터 저장용기(440)로 이동하여 제1,2 맥동관(420)(520)의 온도를 낮추게 된다. 그리고 상기 제1,2 피스톤(341)(342)의 팽창 행정시는 제1,2 맥동관(420)(520)으로 유입되었던 작동가스를 흡입하면서 제1,2 맥동관(420)(520)내의 작동가스를 제1,2 재생기(450)(550)쪽으로 이동시키게 되며, 이때 제1,2 재생기(450)(550)를 통해 제1,2 맥동관(420)(520)을 빠져나가는 작동가스의 질량유량에 비해 제1,2 오리피스(430)(530)를 통해 제1,2 맥동관(420)(520)으로 유입되는 작동가스의 질량유량이 훨씬 적기 때문에 상기 제1,2 맥동관(420)(520)에서의 작동가스는 단열 팽창된다. 이 작동가스의 단열팽창은 통상 냉측 열교환기(미부호)가 장착된 제1,2 재생기(450)(550)쪽에서 급격하게 발생되어 극저온부가 형성된다. 이어, 상기 제1,2 맥동관(420)(520)은 제1,2 피스톤(341)(342)의 팽창행정과 압축행정 사이에서 저압상태의 열적 평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 제1,2 오리피스(430)(530)를 통해 저장용기에서 제1,2 맥동관(420)(520)으로 이동하면서제1,2 맥동관(420)(520)내 작동가스의 압력을 높여 처음의 온도를 회복하게 된다.

또한, 상기 지지부재가 직선 왕복운동하는 구동축의 직진성을 유지함과 더불어 상기 제1,2 피스톤(341)(342)과 제1,2 실린더(301)(302)부의 미소간격을 유지하여 무윤활 왕복운동이 이루어지게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기는 구동부에서 펌핑되는 작동가스가 구동부(300)의 양측에 설치되는 두 개의 냉동부(400)(500)측으로 순환하면서 압축/팽창되므로 구조적으로 대칭을 이루게 됨으로 진동 발생이 최소화된다. 또한, 하나의 구동부에 두 개의 냉동부를 구성하게 되므로 극저온부가 두 개 이루어지게 됨으로써 냉각해야할 부품이 많을 경우 동시에 다량의 부품 처리가 가능하게 될 뿐만 아니라 별도의 구동부를 추가하지 않게 되어 전체 시스템의 크기가 작아지고 간단하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기는 하나의 구동부에 두 개의 냉동부를 구성하게 되어 구조적 대칭을 이루게 됨으로써 작동시 진동 소음 발생이 최소화되어 제품의 신뢰성을 향상시키게 되고, 또한 동시에 다량의 부품 냉동 처리가 가능하게 되어 활용도를 높이게 되며, 전체 시스템의 크기가 작고 간단하여 동급 대비 소형화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims

양측에 각각 제1,2 실린더부가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스와, 그 밀폐케이스의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 가동자에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 각각 결합됨과 아울러 상기 밀폐케이스의 제1,2 실린더부에 각각 삽입되어 구동축과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 제1,2 피스톤과, 상기 구동축의 양단을 각각 지지하도록 결합되어 피스톤의 직진성을 유도하는 안내용 지지부재 및 탄성용 지지부재와, 상기 밀폐케이스의 제1,2 실린더부에 각각 연통되도록 설치되어 제1,2 실린더부에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부에서는 외부의 열을 흡수하는 제1,2 맥동관과, 상기 제1,2 맥동관에 각각 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 제1,2 오리피스와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 상기 제1,2 오리피스가 연통되며 작동가스가 일시 체류하는 저장용기와, 상기 제1,2 맥동관의 팽창부와 제1,2 실린더부사이에 각각 연결되어 제1,2 맥동관으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 제1,2 맥동관에서 제1,2 실린더부로 되돌아가는 작동가스의 온도를 보상하는 제1,2 재생기와, 상기 제1,2 재생기와 제1,2 실린더부사이에 각각 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 제1,2 예냉기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 밀폐케이스는 제1 피스톤이 삽입되어 직선 왕복운동을 하는 제1 실린더부가 구비된 상부프레임과, 그 상부프레임의 저면에 밀착 결합되어 내부에 상기 구동모터 및 상기 안내용 지지부재가 장착되는 중간프레임과, 상기 중간프레임의 일측면에 결합됨과 아울러 상기 탄성용 지지부재가 구속되는 하부프레임과, 상기 제2 피스톤이 삽입되어 왕복운동을 하는 제2 실린더부가 형성되어 상기 하부프레임의 일측면을 복개하도록 결합되는 복개프레임과, 상기 중간프레임과 하부프레임을 감싸도록 상부프레임 및 복개프레임에 밀봉 결합되어 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉쉘을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기.