KR100533131B1 - 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴팩트하게 구성가능하여 냉동기 내부의 협소한 공간을 효율적으로 활용할 수 있으면서도, 저온부 중심으로부터 열교환이 이루어지도록 하여 열전도 저항이 발생되는 것을 방지하고, 냉동유체가 저온부와 접촉하는 면적 및 시간을 증대시켜서 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 된 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기에 관한 것으로, 그 기술적 구성은 상기 저온부의 둘레에 밀착 설치되며 그 내부에는 다수개의 유로가 서로 교차되도록 수직 및 수평으로 관통 형성된 열전도블록과, 이 열전도블록의 둘레부에 설치되어 외부로 연통되는 상기 유로를 막아주며 그 일측과 타측에는 냉동유체 유입구와 유출구가 형성된 다수개의 커버판을 포함하며, 상기 유입구와 유출구에는 상기 유체관이 연결되어 냉동유체를 열전도블록 내부의 유로로 경유시켜 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

맥동관 냉동기의 저온부 열교환기{COLD END HEAT EXCHANGER OF PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컴팩트하게 구성가능하여 냉동기 내부의 협소한 공간을 효율적으로 활용할 수 있으면서도, 저온부 중심으로부터 열교환이 이루어지도록 하여 열전도 저항이 발생되는 것을 방지하고, 냉동유체가 저온부와 접촉하는 면적 및 시간을 증대시켜서 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 된 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 맥동관 냉동기는 초전도 케이블 등의 냉각을 위하여 사용되는 극저온 냉동기로서, 헬륨가스로 된 작동유체를 주기적으로 압축 팽창시키는 구동유닛과, 이 구동유닛에 연결되어 작동유체의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동유닛으로 구성된다.

이때, 상기 냉동유닛은 도 1에 도시된 바와 같이, 주기적으로 압축하고 팽창하는 작동 유체로부터 열을 흡수 방출하는 재생기(1)와, 압축된 작동 유체로부터 외부로 열을 방출하는 고온부 열교환기(3)와, 작동 유체가 팽창을 하는 과정에서 주위로부터 열을 흡수하는 저온부 열교환기(4)와, 맥동 유동이 형성되는 맥동관(2)을 포함하여 이루어진다.

이러한 냉동유닛 중 본 발명에 관련된 저온부 열교환기(4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저온부(10)의 공간이 협소하여 냉동유체가 흐르는 유체관(15)을 저온부(10) 둘레에 직접 감아서 설치할 수가 없어서, 상기 저온부(10)의 일측에는 저온부(10)와 연통되는 소정길이의 연장몸체(10a)를 형성하여, 이 연장몸체(10a)에 유체관(15)을 감아서 열교환이 이루어지도록 하고 있다.

그러나, 이러한 저온부 열교환기는 유체관(15)이 저온부(10)와 접촉하는 열교환 면적이 좁아서 열교환 능력이 현저히 떨어질 뿐만 아니라, 저온부(10) 일측에 별도의 연장몸체(10a)를 형성하여야 하므로, 이 연장몸체(10a)만큼 사이즈가 커지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 유체관(15)이 감겨져 접촉되는 연장몸체(10a)는 저온부(10)의 중심으로부터 소정거리 이격되어 있으므로, 이격 거리만큼 열전도율이 저하되어 열교환능력이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명은 컴팩트하게 구성 가능하여 냉동기 내부의 협소한 공간을 효율적으로 활용할 수 있으면서도, 저온부 중심으로부터 열교환이 이루어지도록 하여 열전도 저항이 발생되는 것을 방지하고, 냉동유체가 저온부와 접촉하는 면적 및 시간을 증대시켜서 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 된 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 맥동관의 일측에는 저온부가 구비되며, 이 저온부의 둘레에는 유체관을 통해 흐르는 냉동유체를 저온부 둘레로 경유시켜서 냉각하는 저온부 열교환기가 구비된 맥동관 냉동기에 있어서,

상기 저온부의 둘레에 밀착 설치되며 그 내부에는 다수개의 유로가 서로 교차되도록 수직 및 수평으로 관통 형성된 열전도블록과; 상기 열전도블록의 둘레부에 설치되어 외부로 연통되는 상기 유로를 막아주며 그 일측과 타측에는 냉동유체 유입구와 유출구가 형성된 다수개의 커버판을 포함하며; 상기 유입구와 유출구에는 상기 유체관이 연결되어 냉동유체를 열전도블록 내부의 유로로 경유시켜 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기를 제공한다.

또한 본 발명은 맥동관의 일측에는 저온부가 구비되며, 이 저온부의 둘레에는 유체관을 통해 흐르는 냉동유체를 저온부 둘레로 경유시켜서 냉각하는 저온부 열교환기가 구비된 맥동관 냉동기에 있어서,

상기 저온부의 둘레에 기밀되게 설치되며 그 일측과 타측에는 상기 유체관이 연결 설치된 밀폐함과; 상기 밀폐함 내부에 설치되며 열전도성이 우수한 소재로 이루어진 다공성 충전재로 구성된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예를 보인 요부 사시도인데, 상기 제1실시예는 다수개의 유로(25)가 서로 교차되도록 수직 및 수평으로 관통 형성되어 저온부(10)의 둘레에 설치된 열전도블록(20)과, 이 열전도블록(20)의 둘레에 설치되어 상기 유로(25)를 막아주는 커버판(30)으로 이루어져서, 상기 커버판(30)에 유체관(15)이 연결되어 냉동유체를 열전도블록(20) 내부의 유로(25)로 경유시켜 흐를 수 있도록 한 것이다.

상기 열전도블록(20)은 저온부(10)의 둘레에 밀착 설치되는 금속 블록으로, 그 내부에는 다수개의 유로(25)가 서로 교차되도록 수직 및 수평으로 관통 형성된다.

이러한 열전도블록(20)은 열전도성이 우수한 알루미늄 등의 금속블록을 수직 및 수평으로 관통하는 구멍을 형성하기만 하면 그 내부에 유로(25)가 형성되기 때문에 성형이 매우 용이하다.

상기 커버판(30)은 열전도블록(20)의 둘레부에 용접되어 고정되는 것으로, 외부로 연통되는 유로(25)를 막아서, 열전도블록(20) 내부로 유입된 냉동유체가 유로(25)를 따라 흐르면서 열교환되도록 외부로 누설되는 것을 막아주는 것이다.

또한, 이 커버판(30)의 일측과 타측에는 냉동유체가 흐르는 유체관(15)이 열전도블록(20)의 유로(25)와 연통되도록 연결되는 유입구(31)와 유출구(33)가 각각 형성된다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 제1실시예의 작동예를 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 상기 저온부 열교환기는 냉동유체가 유입측 유체관(15)을 통해 열전도블록(20) 일측의 유로(25)로 유입되면, 이 냉동유체는 사방으로 교차되도록 형성된 유로(25)를 따라 열전도블록(20) 내부를 지그재그로 흐르면서 초저온으로 냉각되어 유출구(33)에 도달하면 유체관(15)을 통해 초전도 케이블 등으로 공급된다.

따라서, 이러한 저온부 열교환기는 냉동기의 저온부(10) 둘레에 열교환블록(20)이 설치되어 이 열교환블록(20)을 통해 냉동유체가 냉각되는 방식이므로, 컴팩트하게 구성하더라도 냉동유체가 냉동기의 저온부(10)와 열교환되는 접촉면적 및 접촉시간이 길어져서, 협소한 공간의 냉동기 내부에도 효과적으로 설치가능하며, 열교환능력도 현저히 향상된다.

또한, 상기 저온부 열교환기는 냉동유체가 저온부(10) 둘레면에 직접 접촉되어 열교환될 뿐만 아니라, 열전도성이 우수한 열교환블록(20)을 통해서 저온부(20)의 냉기를 전달받아 열교환이 이루어지기 때문에, 열교환 성능이 더욱 향상된다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예를 보인 부분 절개사시도로서, 상기 제2실시예는 저온부(10)의 둘레에 유체관(15)과 연결되는 밀폐함(40)이 설치되며, 이 밀폐함(40) 내부에는 열전도성이 우수한 다공성 충전재(50)가 구비된 것으로, 상기 유체관(15)을 통해 밀폐함(40)으로 유입된 냉동유체는 저온부(10)에 직접 접촉되어 냉각됨과 더불어, 열전도성이 우수한 다공성 충전재(50)에 의해서도 저온부(10)의 냉기가 전달되어 열교환능력이 향상되도록 한 것이다.

상기 밀폐함(40)은 저온부(10) 둘레에 기밀되게 설치된 것으로, 그 일측과 타측에는 유체관(15)이 연결되어 냉동유체가 내부로 유입될 수 있도록 구성된다.

또한, 이 밀폐함(40)의 둘레부에는 단열재가 설치되어 냉기의 유출을 방지할 수 있도록 구성된다.

상기 다공성 충전재(50)는 밀폐함(40) 내부에 구비되어 저온부(10) 둘레에 접촉 설치된 열전도성이 우수한 알루미늄 등의 금속 충전재로서, 그 내부의 다공성 홀을 통과하는 냉동유체에 저온부(10)의 냉기를 전달하기 위한 것이다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 제2실시예의 작동예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제2실시예는 냉동유체가 유입구(41)가 형성된 유체관(15)을 통해 밀폐함(40) 내부로 유입되면, 다공성 충전재(50)의 홀을 통과하면서 이 다공성 충전재(50)를 통해 전달되는 저온부(10)의 냉기에 의해 냉각됨과 더불어, 상기 저온부(10)의 둘레면을 경유하는 냉동유체는 저온부(10)로부터도 직접 냉기를 전달받아 초저온으로 냉각되어 유출구(43)에 도달되면 연결된 유체관(15)을 통해 초전도 케이블 등에 공급된다.

따라서, 이러한 본 발명의 제2실시예는 제1실시예에서와 같이, 냉동기의 저온부(10) 둘레에 밀폐함(40)이 설치되어, 이 밀폐함(40)을 컴팩트하게 구성하더라도 냉동유체가 냉동기의 저온부(10)와 열교환되는 접촉면적 및 접촉시간이 길어져서, 협소한 공간의 냉동기 내부에도 효과적으로 설치가능하며, 열교환능력도 현저히 향상된다.

또한, 상기 저온부 열교환기는 냉동유체가 저온부(10)에 직접 접촉되어 열교환됨은 물론, 열전도성이 우수한 다공성 충전체(50)를 통해서도 저온부(10)의 냉기가 전달되어 열교환되기 때문에, 열교환 성능이 더욱 향상된다.

상기와 같은 본 발명은, 컴팩트하게 구성하더라도 냉동유체가 냉동기의 저온부와 열교환되는 접촉면적 및 접촉시간이 길어져서, 협소한 공간의 냉동기 내부에도 효과적으로 설치가능하고, 열교환 능력도 현저히 향상되는 이점이 있다.

또한, 상기 저온부 열교환기는 냉동유체가 저온부 둘레면에 직접 접촉되어 열교환될 뿐만 아니라, 열전도성이 우수한 열교환블록 또는 다공성 충전재를 통해서 저온부의 냉기를 전달받아 열교환이 이루어지기 때문에 열교환 성능이 더욱 향상되는 효과가 있다.

도 1은 맥동관 냉동기의 냉동유닛 구성도.

도 2는 종래 저온부 열교환기의 구성도.

도 3은 본 발명의 제1실시예를 보인 요부 사시도.

도 4는 본 발명의 제2실시예를 보인 부분 절개 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 저온부 15 : 유체관

20 : 열전도블록 25 : 유로

30 : 커버판 40 : 밀폐함

50 : 다공성 충전재

Claims (2)

1. 맥동관의 일측에는 저온부가 구비되며, 이 저온부의 둘레에는 유체관을 통해 흐르는 냉동유체를 저온부 둘레로 경유시켜서 냉각하는 저온부 열교환기가 구비된 맥동관 냉동기에 있어서,

   상기 저온부의 둘레에 밀착 설치되며 그 내부에는 다수개의 유로가 서로 교차되도록 수직 및 수평으로 관통 형성된 열전도블록과;

   상기 열전도블록의 둘레부에 설치되어 외부로 연통되는 상기 유로를 막아주며 그 일측과 타측에는 냉동유체 유입구와 유출구가 형성된 다수개의 커버판을 포함하며;

   상기 유입구와 유출구에는 상기 유체관이 연결되어 냉동유체를 열전도블록 내부의 유로로 경유시켜 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기.
2. 맥동관의 일측에는 저온부가 구비되며, 이 저온부의 둘레에는 유체관을 통해 흐르는 냉동유체를 저온부 둘레로 경유시켜서 냉각하는 저온부 열교환기가 구비된 맥동관 냉동기에 있어서,

   상기 저온부의 둘레에 기밀되게 설치되며 그 일측과 타측에는 상기 유체관이 연결 설치된 밀폐함과;

   상기 밀폐함 내부에 설치되며 열전도성이 우수한 소재로 이루어진 다공성 충전재로 구성된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 저온부 열교환기.