KR100348615B1 - 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조에 관한 것으로, 본 발명은 작동가스를 펌핑하도록 피스톤과 실린더를 갖는 압축유니트와, 상기 압축유니트의 실린더에 연통하여 펌핑되는 작동가스에 의해 극저온부를 형성하도록 재생기와 냉측열교환기와 맥동관과 온측열교환기와 위상제어기와 저장용기를 차례대로 구비한 냉동유니트와, 상기 압축유니트의 실린더와 냉동유니트의 재싱기 사이에 장착하여 작동가스를 미리 적정온도로 냉각하는 예냉기를 구비한 맥동관 냉동기에 있어서, 상기 예냉기의 일측면에는 압축유니트의 실린더를 배치하여 그 예냉기와 실린더를 체결볼트로 결합하고, 상기 예냉기와 실린더의 외주면이 모두 접촉하도록 방열부재를 삽입 장착하며, 상기 예냉기의 타측면에는 방열부재를 지지하도록 지지플레이트를 체결볼트로 결합하여 구성됨으로써, 상기 방열부재가 고정되는 예냉기와 이에 대향되는 압축유니트의 일부에 대한 가공 및 조립이 용이하게 되고, 냉동유니트를 밀봉하기 위한 진공단열 쉘의 일부로 방열부재를 지지하도록 하여 부품수가 감소되면서 조립공정이 단순하게 되어 생산비용이 절감된다.

Description

맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조{STRUCTURE FOR FIXING RADIATOR OF PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조에 관한 것으로, 특히 예냉기의 외주면에 삽입되는 맥동관 냉동기의 방열부재를 고정하는 구조에 관한 것이다.

일반적으로 극저온 냉동기는 소형 전자부품이나 초전도체 등의 냉각을 위하여 사용되는 저진동 고신뢰성의 냉동기로서, 주로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator)나 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 또는 줄-톰슨 냉동기(Joule-Thomson Refrigerator) 등이 널리 알려져 있으나, 이러한 냉동기들은 고속운전시 그 신뢰성이 저하되므로 최근에는 고속운전에서도 신뢰성이 유지되는 맥동관 냉동기가 새롭게 각광받고 있다.

상기 맥동관 냉동기는 작동가스가 펌핑되는 압축유니트와, 그 압축유니트에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동유니트로 크게 이루어져 있다. 이 중에서 냉동유니트는 압축유니트의 출구측에 재생기(예냉기가 재생기 앞에 구비된 경우도 있음), 맥동관, 위상제어기 그리고 저장용기가 연이어 연통 배치되고, 상기 재생기와 맥동관 사이에는 냉측열교환기가 장착되는 반면 상기 맥동관과 위상제어기 사이에는 온측열교환기가 장착되어 이루어져 있다.

상기 재생기에서 저장용기까지가 일렬로 배치되는 타입을 편의상 인라인 타입의 맥동관 냉동기라고 하는 반면 상기 재생기와 맥동관 사이가 절곡되어 서로 나란하게 배치되는 타입을 편의상 유(U) 타입 맥동관 냉동기라고 구분하고 있다.

상기 인라인 타입 맥동관 냉동기든 유 타입 맥동관 냉동기든 그 작동과정은 동일한데, 먼저 압축유니트의 압축행정시 작동가스는 압축되었다가 재생기를 거치면서 현열을 빼앗긴 상태로 냉측열교환기를 통해 맥동관으로 유입되어 그 맥동관에 채워져 있던 작동가스를 온측열교환기쪽으로 밀어내게 되고, 이 온측열교환기쪽으로 밀려나는 작동가스는 오리피스를 거쳐 저장용기로 유입되면서 단열압축되어 방열된다. 이때, 상기 맥동관으로 유입되는 작동가스의 질량유량이 오리피스를 통해 유출되는 작동가스의 질량유량보다 상대적으로 많으므로 맥동관은 고압에서의 열적평형상태를 이루게 된다.

이후, 상기 압축유니트의 흡입행정시 맥동관으로 유입되었던 작동가스가 다시 냉측열교환기 및 재생기를 거치면서 최초상태로 회복되어 반출되는 반면, 상기 맥동관에서는 그 맥동관으로부터 반출되는 작동가스의 질량유량이 오리피스를 통해 맥동관으로 반입되는 작동유량 보다 상대적으로 많아 결국 맥동관에서의 작동가스는 단열 팽창된다. 이 작동가스의 단열팽창은 통상 냉측열교환기쪽에서 급격하게 발생되어 그 냉측열교환기에서 극저온부가 형성된다.

이후, 상기 맥동관은 저압상태의 열적평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 오리피스를 통해 저장용기에서 맥동관으로 이동하면서 맥동관내 작동가스의 압력을 높여 맥동관내의 온도를 처음의 온도로 회복시키게 된다.

이러한 일련의 과정을 반복하면서 상기한 냉측열교환기에서는 점점 낮은 극저온부가 형성되는 것이었다.

한편, 상기 맥동관 냉동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 예냉기(1)의 냉동유니트쪽 측면에 재생기(2)와 맥동관(3)이 각각 나란하게 배치되어 삽입되고, 그 재생기(2)의 끝단에는 제1 냉측열교환기(4A)가 장착되며, 상기 맥동관(3)의 시작단에는 제2 냉측열교환기(4B)가 장착되고, 상기 제1 냉측열교환기(4A)의 끝단면과 제2 냉측열교환기(4B)의 시작단면은 그 각 냉측열교환기(4A,4B)를 연통시키는 연결관(5)의 양끝단이 각각 장착되어 있다.

상기 예냉기(1)의 외주면에는 방열부재(10)가 외삽되는데, 이를 위해 상기 예냉기의(1) 내주면에 압축유니트(P)의 실린더(C)가 삽입된다. 상기 예냉기(1)의 내주면에는 실린더(C)와 압착되도록 단차부(1a)가 형성되어 그 단차부(1a)와 실리더(C)의 끝단면 사이에 실링부재(S)가 개재된다.

상기 방열부재(10)는 원통상으로 형성되는 방열몸체(11)와, 그 방열몸체(11)의 외주면에 원판형으로 돌출 형성되는 방열핀(12)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 1b는 가스통구, 6은 온측열교환기, 7은 위상제어기, 8은 저장용기, 9는 진공단열 쉘, 13은 방열몸통을 지지하는 지지플레이트이다.

상기와 같은 종래 맥동관 냉동기에 있어서는, 예냉기(1)의 외주면에 방열몸체(11)를 외삽시키고, 그 방열몸체(11)의 하단에 지지플레이트(13)를 덧댄 상태에서 그 지지플레이트(13)를 예냉기(1)의 하단에 체결시키며, 상기 예냉기(1)의 내주면에 실린더(C)가 밀착되도록 하여 삽입시키되 그 실린더(C)의 상단은 예냉기(1)의 내주면에 구비된 단차부(1a)에 실링부재(S)를 개재시켜 삽입 압착시킨 다음에, 상기 실린더(C)가 구비된 압축유니트(P)의 실린더 케이싱(미부호)에 지지플레이트(13)를 체결시켜 조립을 완성하는 것이었다.

그러나, 상기와 같이 방열부재를 예냉기의 외주면에 장착한 종래 맥동관 냉동기에 있어서는, 예냉기(1)와 실린더(C)가 접촉하는 경우 실린더(C)의 열이 예냉기(1)로 전달되어 작동가스의 온도를 높일 우려가 있으므로 통상 예냉기(1)와 실린더(C) 사이에 미세틈새를 두고 결합하여야 하는 동시에 작동가스의 누설을 방지하기 위하여는 예냉기(1)의 단차부(1a)에 실리더(C)의 끝단면이 긴밀하게 밀착되어야 하나, 이를 위한 예냉기(1)와 실린더(C)의 가공이 난해하여 생산비용이 증가하게 되는 것은 문제점이 있었다.

또한, 상기 예냉기(1)의 외주면에 방열부재(10)를 삽입하여 고정시키기 위하여는 그 방열부재(10)의 하단에 방열부재 지지용 플레이트(13)가 별개로 구비되어야 하므로 부품수가 증가하면서 조립공정이 복잡하고 난해하게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 맥동관 냉동기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 예냉기와 실린더의 가공을 용이하게 하면서도 방열부재를 예냉기의 외주면에 용이하게 고정시킬 수 있는 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.또, 방열부재를 고정하기 위한 부품수를 줄여 생산성을 높일 수 있는 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 맥동관 냉동기의 냉동유니트를 보인 종단면도.

도 2는 종래 맥동관 냉동기의 방열부재를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 맥동관 냉동기의 방열부재를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 맥동관 냉동기의 방열부재를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11 : 예냉기 20 : 방열부재

21 : 방열몸체 22 : 방열핀

23 : 지지플레이트 C : 실린더

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 작동가스를 펌핑하도록 피스톤과 실린더를 갖는 압축유니트와, 상기 압축유니트의 실린더에 연통하여 펌핑되는 작동가스에 의해 극저온부를 형성하도록 재생기와 냉측열교환기와 맥동관과 온측열교환기와 위상제어기와 저장용기를 차례대로 구비한 냉동유니트와, 상기 압축유니트의 실린더와 냉동유니트의 재싱기 사이에 장착하여 작동가스를 미리 적정온도로 냉각하는 예냉기를 구비한 맥동관 냉동기에 있어서, 상기 예냉기의 일측면에는 압축유니트의 실린더를 배치하여 그 예냉기와 실린더를 체결볼트로 결합하고, 상기 예냉기와 실린더의 외주면이 모두 접촉하도록 방열부재를 삽입 장착하며, 상기 예냉기의 타측면에는 방열부재를 지지하도록 지지플레이트를 체결볼트로 결합하여서 된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 맥동관 냉동기의 방열부재를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 맥동관 냉동기의 방열부재를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 방열부재 고정구조가 구비된 맥동관 냉동기는, 작동가스를 펌핑하는 압축유니트(P)와,그 압축유니트(P)에 연통 설치되어 극저온부를 형성하는 냉동유니트(미부호)와, 압축유니트(P)의 실린더(C)와 냉동유니트의 재생기(12) 사이에 개재하여 펌핑되는 작동가스를 적정온도로 미리 냉각시키는 예냉기(11)로 구성된다.

상기 냉동유니트는 예냉기(11)의 출구측에 연통 설치되는 재생기(12)와, 그 재생기(12)와 함께 예냉기(11)에 나란하게 설치되는 맥동관(13)과, 상기 재생기(12)와 맥동관(13)의 각 끝단에 장착되는 냉측열교환기(14A,14B)와, 그 냉측열교환기(14A,14B)를 연통시키는 연결관(15)과, 상기 맥동관(13)의 출구측에 배치되어 예냉기(11)에 장착되는 온측열교환기(16)와, 그 온측열교환기(16)에 연통되어 예냉기(11)를 관통 설치되는 위상제어수단인 오리피스(17)와, 그 오리피스(17)에 연통되는 저장용기(18)를 포함하여 이루어진다.

상기 예냉기(11)의 하단면과 이에 대향되는 실린더(C)의 선단면이 서로 면접촉되도록 하여 압착되고, 상기 예냉기(11)의 외주면 및 실린더(C)의 외주면에는 방열몸체(21)와 방열핀(22)이 일체로 성형된 단수개의 방열부재(20)가 일괄 삽입되는데, 이를 위해 상기 예냉기(11)의 외경과 실린더(C)의 외경이 동일하도록 형성되어 실링 결합되고, 상기 예냉기(11)의 상단면에는 방열부재(20)를 지지하는 동시에 냉동유니트를 밀봉하기 위한 지지플레이트(23)가 고정된다.또, 상기 예냉기(11)의 하단면과 이에 대응하는 실린더(C)의 선단면 사이에는 "O-링"과 같은 실링부재(S)를 개재하는 것이 작동가스의 누설을 차단하는데 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 방열부재 고정구조가 구비된 맥동관 냉동기는 다음과 같이 조립된다.

먼저, 상기 예냉기(11)의 하단면과 실린더(C)의 선단면 사이에 별도의 실링부재(S)를 개재시킨 상태에서 그 예냉기(11)와 실린더(C)를 체결시키고 나서, 상기 예냉기(11)의 냉동유니트쪽에서 방열부재(20)를 삽입시키되 그 방열부재(20)의 압축유니트(P)측 끝단은 실린더 케이싱(미부호)의 단차면에 밀착되어 지지시킨다.

이후, 상기 예냉기(11)의 냉동유니트측 끝단면에 지지플레이트(23)를 밀착시키되 그 지지플레이트(23)가 방열부재(20)의 타단을 지지하도록 하여 예냉기(11)에 체결시킴으로써 방열부재(20)의 조립을 완성한다.

이렇게, 상기 예냉기와 실린더의 선단면을 일치시켜 방열부재로 그 방열부재의 내주면에 상기한 예냉기와 실린더의 외주면이 모두 밀착되도록 하게 되면, 상기 예냉기와 실린더의 직경만 서로 동일하게 형성하면 되므로 가공 및 조립이 용이하게 되어 생산성이 현저하게 향상된다.

또한, 상기 방열부재의 축방향을 지지하는 지지플레이트가 예냉기의 냉동유니트쪽 끝단면에 고정되어 추후 냉동유니트를 밀봉하기 위한 진공단열 쉘의 일부로 공용함으로써 부품수를 줄여 조립공정을 단순화시킬 수 있다.

본 발명에 의한 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조는, 상기 예냉기의 일측면에는 압축유니트의 실린더를 배치하여 그 예냉기와 실린더를 체결볼트로 결합하고, 상기 예냉기와 실린더의 외주면이 모두 접촉하도록 방열부재를 삽입 장착하며, 상기 예냉기의 타측면에는 방열부재를 지지하도록 지지플레이트를 체결볼트로 결합하여 구성됨으로써, 상기 방열부재가 고정되는 예냉기와 이에 대향되는 압축유니트의 일부에 대한 가공 및 조립이 용이하게 되고, 냉동유니트를 밀봉하기 위한 진공단열 쉘의 일부로 방열부재를 지지하도록 하여 부품수가 감소되면서 조립공정이 단순하게 되어 생산비용이 절감된다.

Claims (2)

1. 작동가스를 펌핑하도록 피스톤과 실린더를 갖는 압축유니트와, 상기 압축유니트의 실린더에 연통하여 펌핑되는 작동가스에 의해 극저온부를 형성하도록 재생기와 냉측열교환기와 맥동관과 온측열교환기와 위상제어기와 저장용기를 차례대로 구비한 냉동유니트와, 상기 압축유니트의 실린더와 냉동유니트의 재싱기 사이에 장착하여 작동가스를 미리 적정온도로 냉각하는 예냉기를 구비한 맥동관 냉동기에 있어서,

   상기 예냉기의 일측면에는 압축유니트의 실린더를 배치하여 그 예냉기와 실린더를 체결볼트로 결합하고, 상기 예냉기와 실린더의 외주면이 모두 접촉하도록 방열부재를 삽입 장착하며, 상기 예냉기의 타측면에는 방열부재를 지지하도록 지지플레이트를 체결볼트로 결합하여서 된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 방열부재 고정구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 예냉기와 실린더의 접촉면 사이에는 작동가스가 누설되는 것을 방지하기 위한 실링부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 맥동관 내동기의 방열부재 고정구조.