KR100393790B1 - Pulstube refrigerator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 본 발명은 피스톤에 의해 압축되어 펌핑된 작동가스로부터 현열을 저장하도록 한 개의 실린더에 병렬로 연통되는 적어도 두 개 이상의 재생기와, 상기 재생기에 각각 독립적으로 연통되어 펌핑되는 작동가스가 압축 및 팽창되면서 극저온부를 발생시키는 적어도 두 개 이상의 맥동관과, 상기 맥동관에 연통되어 작동가스의 질량유동과 맥동압력 사이에 위상차를 발생시키도록 작동가스의 압력이 강하되는 이너턴스 튜브 및 그 이너턴스 튜브에 연통되어 작동가스의 압력이 상승되는 레저버로 구성됨으로써, 각 재생기와 맥동관으로 유입되는 작동가스의 내압에 의한 벽에서의 응력을 줄여 그 작동가스의 내압에 견딜 수 있는 각 재생기와 맥동관의 벽을 얇게 형성할 수 있게 되고, 이를 통해 고온인 예냉기의 열이 재생기의 벽면을 통해 그 재생기로 전달되면서 작동가스를 가열하거나 또는 고온인 온측 열교환기의 열이 맥동관의 벽면을 통해 극저온부인 냉측 열교환기로 전달되는 것을 최소한으로 줄여 결국 냉동기의 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a pulsating tube refrigerator, the present invention is in communication with at least two regenerators connected in parallel to one cylinder to store sensible heat from a pumped working gas compressed by a piston, each independently At least two pulsating tubes that generate cryogenic portions as the pumped working gas is compressed and expanded, and an inner pressure of the working gas that is in communication with the pulsating tubes to generate a phase difference between the mass flow and the pulsating pressure of the working gas; It consists of a reservoir which communicates with the tube and its inner tube and increases the pressure of the working gas, thereby reducing the stress on the wall caused by the internal pressure of the working gas flowing into each regenerator and the pulsating tube, thereby enduring the withstand pressure of the working gas. It is possible to form a thin wall of each regenerator and the pulsation tube, which is possible to heat the preheater It can be transferred to the regenerator through the wall of the regenerator to heat the working gas or to reduce the heat from the hot side heat exchanger to the cold side heat exchanger through the wall of the pulsation tube to the minimum to improve the performance of the freezer. have.
Description
본 발명은 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 특히 맥동관과 재생기의 열전도 손실을 저감시키도록 복수개의 맥동관과 재생기를 구비한 맥동관 냉동기에 관한 것이다.The present invention relates to a pulsating tube refrigerator, and more particularly, to a pulsating tube refrigerator having a plurality of pulsating tubes and a regenerator so as to reduce heat conduction losses of the pulsating tube and the regenerator.
일반적으로 극저온 냉동기는 소형 전자부품이나 초전도체 등의 냉각을 위하여 사용되는 저진동 고신뢰성의 냉동기로서, 작동가스를 압축하면서 펌핑시키는 구동유니트와 그 구동유니트로부터 펌핑되는 작동가스에 의해 극저온부를 갖는 냉동유니트로 크게 구성된다.In general, the cryogenic freezer is a low vibration high reliability refrigerator used for cooling small electronic parts or superconductors, and is a refrigeration unit having a cryogenic portion by a driving unit that pumps and compresses working gas and a working gas pumped from the driving unit. It is largely composed.
이러한 극저온 냉동기로는 주로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator)나 지엠 냉동기(GM Refrigerator)와 같은 열재생식 냉동기가 널리 알려져 있으나, 최근에는 스터링 냉동기의 변형으로서 냉동부에 구동유니트가 없어 구조적으로 단순하면서도 신뢰성이 우수한 맥동관 냉동기(Pulstube Refrigerator)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.The cryogenic freezer is mainly known as a thermal regeneration freezer such as a Stirling Refrigerator or GM Refrigerator, but recently, as a variant of the Stirling Refrigerator, there is no driving unit in the freezer, so it is structurally simple and reliable. Research on Pulstube Refrigerator has been actively conducted.
도 1은 종래 맥동관 극저온 냉동기의 일례를 보인 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional pulsating tube cryogenic refrigerator.
이에 도시된 바와 같이 종래의 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동유니트(10)와, 그 구동유니트(10)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동유니트(20)로 구성되어 있다.As shown in the related art, the conventional pulsating tube refrigerator has a cryogenic temperature due to a thermodynamic cycle of a driving unit 10 generating a reciprocating motion of a working gas and a working gas reciprocating in a pipe while being pumped by the driving unit 10. It consists of the refrigeration unit 20 which has a wealth.
상기 구동유니트(10)는 실린더(10a)가 구비되는 케이싱(11)과, 그 케이싱(11)의 내부에 장착되는 리니어형 구동모터(12)와, 그 구동모터(12)에 결합되는 구동축(13)과, 그 구동축(13)에 연결되어 실린더(10a)의 내부에 삽입되는 피스톤(14)과, 상기 구동축(13)의 상,하단에 각각 결합되는 상판스프링(15) 및 하판스프링(16)으로 이루어져 있다.The drive unit 10 includes a casing 11 having a cylinder 10a, a linear drive motor 12 mounted inside the casing 11, and a drive shaft coupled to the drive motor 12. 13, a piston 14 connected to the drive shaft 13 and inserted into the cylinder 10a, and an upper plate 15 and a lower plate spring 16 coupled to upper and lower ends of the drive shaft 13, respectively. )
상기 냉동유니트(20)는 구동유니트(10)와의 사이에 개재되는 예냉기(21)와, 그 예냉기(21)의 타측에 연통되는 재생기(22)와, 그 재생기(22)의 출구단에 연통되는 한 개의 맥동관(23)과, 그 맥동관(23)의 타측에 연통되는 한 개의 이너턴스 튜브(innertance tube)(24)와, 그 이너턴스 튜브(24)의 타단에 연통되는 한 개의 레저버(reservoir)(25)와, 상기 재생기(22) 및 맥동관(23)을 수용하는 냉동측 케이싱(26)으로 이루어져 있다.The refrigerating unit 20 is a precooler 21 interposed between the drive unit 10, a regenerator 22 communicated with the other side of the precooler 21, and an outlet end of the regenerator 22. One pulsating tube 23 in communication with each other, one inner tube 24 communicating with the other side of the pulsating tube 23, and one communicating with the other end of the inner tube 24. It consists of a reservoir 25 and a refrigeration side casing 26 for receiving the regenerator 22 and the pulsating tube 23.
도면중 미설명 부호인 23A는 냉측열교환기, 23B는 온측 열교환기이다.In the figure, reference numeral 23A denotes a cold side heat exchanger, and 23B denotes an on-side heat exchanger.
상기와 같은 종래 맥동관 냉동기는 다음과 같이 동작된다.The conventional pulsating tube freezer as described above is operated as follows.
즉, 상기 구동유니트(10)의 구동모터(12)가 피스톤(14)과 함께 구동되어 작동가스를 압축하여 펌핑하게 되는데, 먼저 상기 피스톤(14)의 전진운동시에는 실린더(10a) 내의 작동가스가 냉동유니트(20)의 예냉기(21) 및 재생기(22)를 거쳐 냉각되면서 맥동관(23)으로 유입되어 그 맥동관(23) 내의 작동가스를 압축시키게 되고, 이후 고압과정 동안 상기 맥동관(23)내의 작동가스는 온측열교환기(23b)에서 외부로 열을 방출하게 된다.That is, the driving motor 12 of the drive unit 10 is driven together with the piston 14 to compress and pump the working gas. First, the working gas in the cylinder 10a during the forward movement of the piston 14. Is cooled through the precooler 21 and the regenerator 22 of the refrigerating unit 20 and flows into the pulsating tube 23 to compress the working gas in the pulsating tube 23, and then the pulsating tube during the high pressure process. The working gas in 23 will release heat to the outside from the on-side heat exchanger 23b.
반면, 상기 피스톤(13)의 후진운동시에는 맥동관(23)내의 작동가스가재생기(22)를 냉각시키면서 예냉기(21)를 거쳐 실린더(10a)로 반출되므로 상기한 맥동관(23)내의 작동가스가 단열 팽창되어 온도가 저하되고, 이 과정에서 상기 재생기(22)에 연결된 맥동관(23)의 극저온부(냉측 열교환기)(23a)를 통과하는 작동가스가 열을 흡수하여 상기한 냉측열교환기(23a)는 냉동효과를 얻게 된다. 이후, 저압과정 동안 상기 맥동관(23)내의 작동가스는 레저버(25) 및 이너턴스 튜브(24)를 통해 반입되는 작동가스에 의해 단열 압축되어 처음의 온도로 가열된다.On the other hand, during the backward movement of the piston 13, the working gas in the pulsating tube 23 is carried out to the cylinder 10a via the precooler 21 while cooling the regenerator 22, so that the pulsating tube 23 The working gas is adiabaticly expanded and the temperature is lowered. In this process, the working gas passing through the cryogenic portion (cold-side heat exchanger) 23a of the pulsation tube 23 connected to the regenerator 22 absorbs heat and the cold side The heat exchanger 23a obtains the freezing effect. Then, during the low pressure process, the working gas in the pulsating tube 23 is adiabatic compressed by the working gas introduced through the reservoir 25 and the inductance tube 24 and heated to the initial temperature.
이러한 일련의 과정을 거치면서 냉측열교환기(23A)는 그 표면온도가 영하 200℃이하로 떨어지게 되어 냉측열교환기(23A)의 표면에 초전도체 소자 등을 부착하여 냉각시킬 수 있게 되는 반면 상기 예냉기(21)와 온측열교환기(23B)는 그 표면온도가 30 ∼ 50℃의 상온보다 높은 온도를 유지하게 되는 것이었다.Through such a series of processes, the cold side heat exchanger (23A) has a surface temperature of less than 200 ° C. or lower, so that it is possible to cool by attaching a superconductor element to the surface of the cold side heat exchanger (23A). 21) and the warm side heat exchanger (23B) were to maintain the surface temperature higher than the normal temperature of 30 to 50 ℃.
그러나, 상기와 같은 종래 맥동관 냉동기에 있어서, 상기 재생기(22)는 전술한 바와 같이 상대적으로 고온인 예냉기(21)에 연결되어 그 예냉기(21)의 관벽을 통한 열전도에 의해 재생기(22)가 과열될 우려가 있었고, 반면 상기 맥동관(23)은 그 양단에 냉측열교환기(23A)와 온측열교환기(23B)가 결합되어 온측열교환기(23B)의 열이 맥동관(23)의 관벽을 통해 냉측열교환기(23A)에 전달되면서 냉동기의 온도가 상승하게 될 우려가 있었다. 이를 감안하여 재생기(22)와 맥동관(23)의 축방향 열통로인 벽두께(t1)(t2)를 줄이는 방안이 모색될 수 있으나 상기 재생기(22)와 맥동관(23)은 고압의 작동가스가 통과하게 되므로 이 작동가스의 내압에 견딜 수 있는 최소한의 벽두께를 유지하여야 함에 따라 결국 재생기와 맥동관의 벽두께를 줄이는 데는 한계가 있었다.However, in the conventional pulsation tube refrigerator as described above, the regenerator 22 is connected to a relatively high temperature precooler 21 as described above and is regenerated by heat conduction through the pipe wall of the precooler 21. ), The pulsating tube (23) is coupled to the cold side heat exchanger (23A) and the warm side heat exchanger (23B) at both ends thereof, so that the heat of the onside heat exchanger (23B) of the pulsating tube (23) There was a fear that the temperature of the freezer will rise as it is delivered to the cold side heat exchanger (23A) through the pipe wall. In view of this, a method of reducing the wall thickness t1 (t2), which is an axial heat path between the regenerator 22 and the pulsation tube 23, may be sought. However, the regenerator 22 and the pulsation tube 23 operate at high pressure. As the gas passes through it, the minimum wall thickness required to withstand the internal pressure of the working gas has to be maintained, thereby limiting the wall thickness of the regenerator and the pulsating tube.
본 발명은 상기와 같은 종래 맥동관 냉동기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 재생기와 맥동관의 전체 단면적은 동일하면서도 각각의 벽두께를 최소한으로 줄일 수 있는 맥동관 냉동기를 제공하려는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the problems of the conventional pulsating tube freezer as described above, it is an object of the present invention to provide a pulsating tube freezer that can reduce the respective wall thickness to a minimum while the same overall cross-sectional area of the regenerator and pulsating tube. .
도 1은 종래 맥동관 냉동기를 보인 종단면도.Figure 1 is a longitudinal sectional view showing a conventional pulsating tube refrigerator.
도 2는 종래 맥동관 냉동기에서 냉동유니트를 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing a refrigeration unit in a conventional pulse tube freezer.
도 3은 본 발명 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the present invention pulse tube refrigerator.
도 4는 본 발명 맥동관 냉동기에서 냉동유니트를 보인 종단면도.Figure 4 is a longitudinal sectional view showing a refrigeration unit in the present invention pulse tube refrigerator.
도 5는 도 4의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.5 is a cross-sectional view taken along line "I-I" of FIG.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
100 : 구동유니트 200 : 냉동유니트100: drive unit 200: refrigeration unit
210 : 예냉기 221,222 : 재생기210: precooler 221,222: regenerator
231,232 : 맥동관 240 : 이너턴스 튜브231,232: pulse tube 240: inner tube
250 : 레저버 260 : 밀봉셸250: reservoir 260: sealing shell
270 : 냉측열교환기 280 : 온측열교환기270: cold side heat exchanger 280: warm side heat exchanger
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 피스톤에 의해 압축되어 펌핑된 작동가스로부터 현열을 저장하도록 한 개의 실린더에 병렬로 연통되는 적어도 두 개 이상의 재생기와, 상기 재생기에 각각 독립적으로 연통되어 펌핑되는 작동가스가 압축 및 팽창되면서 극저온부를 발생시키는 적어도 두 개 이상의 맥동관과, 상기 맥동관에 연통되어 작동가스의 질량유동과 맥동압력 사이에 위상차를 발생시키도록 작동가스의 압력이 강하되는 이너턴스 튜브 및 그 이너턴스 튜브에 연통되어 작동가스의 압력이 상승되는 레저버로 구성된 맥동관 냉동기가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, at least two or more regenerators connected in parallel to one cylinder to store sensible heat from a pumped working gas compressed by a piston, and a working gas that is independently connected and pumped to each of the regenerators And at least two pulsating tubes that generate a cryogenic portion while being compressed and expanded, and an inductance tube in communication with the pulsating tubes, in which the pressure of the working gas drops so as to generate a phase difference between the mass flow and the pulsating pressure of the working gas, and A pulsating tube chiller is provided which consists of a reservoir in communication with an inner tube to raise the pressure of the working gas.
이하, 본 발명에 의한 맥동관 냉동기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the pulsating tube freezer according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 맥동관 냉동기에서 냉동유니트를 보인 종단면도이며, 도 5는 도 4의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이다.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the present invention pulsating tube refrigerator, Figure 4 is a longitudinal sectional view showing a freezing unit in the pulsating tube refrigerator of the present invention, Figure 5 is a "I-I" front sectional view of FIG.
이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 맥동관 냉동기는, 전술한 바와 같이 작동가스를 압축하여 펌핑하는 구동유니트(100)와, 상기 구동유니트(100)에 연통되어 작동가스의 질량유동 및 압력맥동의 위상차에 의해 극저온부가 형성되는 냉동유니트(200)로 구성된다.As shown in the drawing, the pulsating tube refrigerator according to the present invention, as described above, communicates with the driving unit 100 for compressing and pumping the working gas, and communicates with the driving unit 100 to control the mass flow and pressure pulsation of the working gas. It is composed of a refrigeration unit 200 in which the cryogenic portion is formed by the phase difference.
상기 구동유니트(100)는 일단에 실린더(100a)가 구비된 케이싱(110)과, 그 케이싱(110)의 내부에 장착되는 리니어 모터(120)와, 그 리니어 모터(120)의 가동자에 구동축(130)으로 결합되어 실린더(100a)에서 왕복운동을 하는 피스톤(140)과, 그 피스톤(130)의 일측 양단에 결합되는 판스프링(150,160)를 포함하여 이루어진다.The drive unit 100 includes a casing 110 having a cylinder 100a at one end thereof, a linear motor 120 mounted inside the casing 110, and a drive shaft at a mover of the linear motor 120. And a piston 140 coupled to 130 to reciprocate in the cylinder 100a, and leaf springs 150 and 160 coupled to both ends of the piston 130.
상기 냉동유니트(200)는 구동유니트의 실린더(100a) 선단에 연통되어 작동가스의 온도를 낮추는 한 개의 예냉기(210)와, 그 예냉기(210)에 연통되어 작동가스의 현열을 저장하는 적어도 두 개 이상(도면에선 2개)의 재생기(221)(222)와, 그 각각의 재생기(221)(222)에 독립적으로 연통되어 작동가스의 연속적인 압축 및 팽창에 의해 냉측열교환기(270)가 극저온부를 이루도록 형성되는 적어도 두 개 이상의 맥동관(231)(232)과, 상기 각각의 맥동관(231)(232)에 일괄 연통되어 작동가스를 팽창시키는 한 개의 이너턴스 튜브(240)와, 그 이너턴스 튜브(240)의 끝단에 확장 연통되어 이너턴스 튜브(240)와 함께 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시키는 한 개의 레저버(250)를 포함하여 이루어진다.The refrigeration unit 200 is in communication with the front end of the cylinder (100a) of the drive unit to reduce the temperature of the working gas and the precooler 210, at least in communication with the precooler 210 to store the sensible heat of the working gas Two or more (two in the figure) regenerators 221, 222 and their respective regenerators 221, 222 are independently connected to the cold side heat exchanger 270 by continuous compression and expansion of the working gas At least two pulsation tubes 231 and 232 formed to form a cryogenic portion, and one inductance tube 240 in communication with each of the pulsation tubes 231 and 232 to expand the working gas; It comprises an reservoir 250 extending in communication with the end of the inner tube 240 to generate a phase difference between the mass flow of the working gas and the pressure pulsation with the inner tube 240.
상기 재생기(221,222)는 각각의 일단이 한 개의 예냉기(210)에 병렬로 일괄 결합됨과 아울러 각각의 타단이 한 개의 냉측열교환기(270)에 병렬로 일괄 결합되고, 상기 맥동관(231)(232)은 한 개의 냉측열교환기(270)에 병렬로 일괄 결합됨과 아울러 각각의 타단이 온측열교환기(280)에 병렬로 일괄 결합된다. 또한, 상기 온측열교환기(280)는 한 개의 이너턴스 튜브(240)에 연통된다.The regenerators 221 and 222 are combined at one end thereof in parallel with one precooler 210, and at the other end thereof in combination with one cold side heat exchanger 270 in parallel, and the pulsation tube 231 ( 232 is collectively coupled to one cold side heat exchanger 270 in parallel and each other is collectively coupled to the on side heat exchanger 280 in parallel. In addition, the on-side heat exchanger 280 is in communication with one inner tube 240.
상기 각 재생기(221)(222)의 서로 동일하게 형성되되, 각 재생기(221)(222)의 내부 체적을 모두 합한 전체 재생기의 내부 체적은 냉동기 용량에 비례한 설계기준에 적합하도록 하는 것이 바람직하다.Each of the regenerators 221 and 222 is formed to be identical to each other, and the internal volume of the total regenerators in which all the internal volumes of the regenerators 221 and 222 are summed preferably meets the design criteria proportional to the refrigerator capacity. .
또한, 각 재생기(221)(222)의 벽두께는 각 재생기(221)(222)를 통과하는 작동가스의 내압에 비례하여 적합하게 형성된다.Further, the wall thickness of each regenerator 221, 222 is suitably formed in proportion to the internal pressure of the working gas passing through each regenerator 221, 222.
상기 각 맥동관(231)(232)의 내부 체적 역시 서로 동일하게 형성되되 각 맥동관(231)(232)의 내부 체적을 모두 합한 전체 맥동관의 내부 체적 역시 냉동기 용량에 비례한 설계기준에 적합하도록 하는 것이 바람직하다.The internal volumes of the pulsating tubes 231 and 232 are also formed equal to each other, but the internal volume of the entire pulsating tube, which is the sum of the internal volumes of the pulsating tubes 231 and 232, is also suitable for design criteria proportional to the freezer capacity. It is desirable to.
또한, 각 맥동관(231)(232)의 벽두께는 각 맥동관(231)(232)을 통과하는 작동가스의 내압에 비례하여 적합하게 형성된다.In addition, the wall thickness of each pulsation tube 231 and 232 is suitably formed in proportion to the internal pressure of the working gas passing through each pulsation tube 231 and 232.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.
상기와 같은 본 발명 맥동관 냉동기는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.The pulsating tube freezer of the present invention as described above has the following effects.
즉, 상기 구동유니트(100)의 피스톤(140))이 실린더(100a)내에서 왕복운동을 하면서 작동가스를 압축하여 펌핑하게 되면, 상기 실린더(100a) 내의 작동가스가 냉동유니트(200)의 예냉기(210)를 거쳐 각각의 재생기(221)(222)로 분리되면서 유입되어 현열이 저장되고, 이후 각각의 맥동관(231)(232)에 유입되어 각 맥동관(231)(232)에 채워져 있던 작동가스를 한 개의 이너턴스 튜브(240)와 레저버(250)로 밀어내면서 압축된다.That is, when the piston 140 of the drive unit 100 is pumped by compressing the working gas while reciprocating in the cylinder 100a, the working gas in the cylinder 100a is an example of the refrigeration unit 200. It is separated into each regenerator 221, 222 through the cold air 210, the sensible heat is stored, and then flows into each pulsating tube 231, 232 is filled in each pulsating tube 231, 232 The working gas is compressed while being pushed into one inner tube 240 and the reservoir 250.
다음, 상기 구동유니트(100)의 피스톤(140)이 흡입행정을 실시하게 되면, 각각의 맥동관(231)(232)으로 펌핑되었던 작동가스가 각각의 재생기(221)(222)를 거쳐 예냉기(210)와 실린더(100a)로 반입되면서 각 맥동관(231)(232)에 잔류하는 작동가스가 팽창을 하게 되고, 이와 동시에 상기 레저버(250)에 저장되었던 작동가스가 이너턴스 튜브(240)를 통해 각각의 맥동관(231)(232)으로 유입되면서 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차가 발생되며, 이 위상차에 의해 각 맥동관(231)(232)의 팽창측인 냉측열교환기(270)가 영하 200℃ 이하로 떨어지게 되는 것이다.Next, when the piston 140 of the drive unit 100 performs the suction stroke, the working gas that has been pumped to each pulsation tube 231 and 232 passes through the regenerators 221 and 222. The working gas remaining in each of the pulsating tubes 231 and 232 is expanded while being carried into the 210 and the cylinder 100a, and at the same time, the working gas stored in the reservoir 250 is in the inner tube 240. Phase difference is generated between the mass flow of the working gas and the pressure pulsation as it flows into the respective pulsation tubes 231 and 232 through), and the cold side heat exchange that is the expansion side of each pulsation tube 231 and 232 by this phase difference. The group 270 is to fall below minus 200 ℃.
이때, 상기 예냉기(210)는 피스톤(140)의 압축행정시 실린더(100a)로부터 토출되는 고온고압의 작동가스가 유입되므로 그 예냉기(210)에 연결되는 재생기(221)(222)가 열전도에 의해 가열될 우려가 있으나, 상기 재생기(221)(222)가 적어도 두 개 이상으로 분리됨에 따라 각 재생기(221)(222)에서의 작동가스의 내압에 의한 벽에서의 응력이 낮아지게 되고 이로 인해 각 재생기(221)(222)의 벽두께(t1')를 얇게 줄이더라도 작동가스의 내압을 견딜 수 있게 된다. 또 이를 통해 각 재생기(221)(222)의 벽두께(t1')가 줄어들게 되므로 예냉기(210)에서 각 재생기(221)(222)로 전달되는 열전도율이 감소되어 전체적으로 각각의 재생기(221)9222)가 전도열에 의해 과열되는 것이 방지된다.At this time, the precooler 210 is a high temperature and high pressure operating gas discharged from the cylinder 100a during the compression stroke of the piston 140, so that the regenerators 221 and 222 connected to the precooler 210 are thermally conductive. It may be heated by, but as the regenerator 221, 222 is separated into at least two or more stress in the wall due to the internal pressure of the working gas in each regenerator 221, 222 is lowered Due to this, even if the wall thickness t1 'of each regenerator 221 and 222 is reduced in thickness, the internal pressure of the working gas can be withdrawn. In addition, since the wall thickness t1 'of each of the regenerators 221 and 222 is reduced, the thermal conductivity transferred from the precooler 210 to each of the regenerators 221 and 222 is reduced, so that each of the regenerators 221 and 9222 is reduced. ) Is prevented from being overheated by the heat of conduction.
이를 식으로 표현하면 다음과 같다.This is expressed as follows.
원통형의 압력용기에 있어서 내압에 견디기 위한 재질의 인장응력 σ는Tensile stress σ of material to withstand internal pressure in cylindrical pressure vessel
σ= pD/t ----- 식 1 (p는 내압, D는 원통 직경, t는 벽두께)σ = pD / t ----- Equation 1 (p is internal pressure, D is cylinder diameter, t is wall thickness)
따라서, 내압(p)일 경우 원통 직경(D)을 줄이면 원통형 압력용기의 벽두께(t)를 줄일 수 있게 된다.Therefore, when the internal pressure (p) is reduced by reducing the cylindrical diameter (D) it is possible to reduce the wall thickness (t) of the cylindrical pressure vessel.
또한, 상기 맥동관(231)(232)의 경우에도 마찬가지로 그 맥동관(231)(232)이 두 개 이상으로 분리됨에 따라 상기한 식 1에 의해 각 맥동관(231)(232)에서의 작동가스의 내압에 의한 벽에서의 응력이 낮아지게 되고 이로 인해 각 맥동관(231)(232)의 벽두께(t2')를 얇게 줄이더라도 작동가스의 내압을 견딜 수 있게 된다. 또 이를 통해 각 맥동관(231)(232)의 벽두께(t2')가 줄어들게 되므로 온측열교환기(280)에서 냉측열교환기(270)로 전달되는 열전도율이 감소되어 전체적으로 냉측열교환기(270)의 온도가 전도열에 의해 상승하는 것이 방지된다.In addition, in the case of the pulsating tubes 231 and 232 as well, the pulsating tubes 231 and 232 are operated in each pulsating tube 231 and 232 by Equation 1 as described above. The stress in the wall due to the internal pressure of the gas is lowered, thereby allowing the internal pressure of the working gas to withstand even if the wall thickness t2 'of each pulsation tube 231 and 232 is reduced. In addition, since the wall thickness t2 'of each pulsation tube 231 and 232 is reduced, the thermal conductivity transferred from the on-side heat exchanger 280 to the cold-side heat exchanger 270 is reduced, thereby reducing the overall heat exchange rate of the cold-side heat exchanger 270. The temperature is prevented from rising by the conductive heat.
본 발명에 의한 맥동관 냉동기는, 재생기와 맥동관을 각각 복수개로 병렬 배치하여 각각의 재생기와 맥동관의 내부체적을 줄이도록 구성함으로써, 각 재생기와 맥동관으로 유입되는 작동가스의 내압을 줄여 그 작동가스의 내압에 견딜 수 있는 각 재생기와 맥동관의 벽을 얇게 형성할 수 있게 되고, 이를 통해 고온인 예냉기의 열이 재생기의 벽면을 통해 그 재생기로 전달되면서 작동가스를 가열하거나 또는 고온인 온측 열교환기의 열이 맥동관의 벽면을 통해 극저온부인 냉측 열교환기로 전달되는 것을 최소한으로 줄여 결국 냉동기의 성능을 향상시킬 수 있다.The pulsation tube refrigerator according to the present invention is configured to reduce the internal volume of each of the regenerators and the pulsating tubes by arranging a plurality of regenerators and the pulsating tubes in parallel, respectively, thereby reducing the internal pressure of the working gas flowing into each regenerator and the pulsating tubes. It is possible to form a thin wall of each regenerator and pulsation tube that can withstand the internal pressure of the working gas, so that the heat of the hot precooler is transferred through the wall of the regenerator to the regenerator to heat the working gas or The heat of the on-side heat exchanger is transferred to the cryogenic heat exchanger, which is a cryogenic part, through the wall of the pulsation tube to a minimum, thereby improving the performance of the freezer.
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KR101421045B1 (en) | 2013-04-12 | 2014-07-22 | 한국기계연구원 | Pulse tube refrigerator having gas storage unit to which heat exchanger is attached |
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- 2001-02-13 KR KR10-2001-0007078A patent/KR100393790B1/en not_active IP Right Cessation
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