KR100575660B1 - 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서에 관한 것으로, 종래의 무윤활 맥동관 냉동기에서 작은 진동량까지 조절하기 위해서는 패시브 밸런서의 밸런서 몸체를 체결축에 너트로서 완벽하게 지지시켜야만 하는 데, 단순한 일반적인 육각형으로 된 너트의 형상으로는 밸런서 몸체를 구동측 밀봉쉘의 하단부에 견고하고 안정된 상태로 지지할 수가 없어서 미세 진동량을 효율적으로 제어할 수가 없으며, 전체적인 냉동기의 안정도가 저하되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 체결축의 하단부에 밸런서 몸체가 체결축으로부터 탈거되는 것을 방지하는 한편, 진동을 제어하는 질량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 너트가 체결되는 패시브 밸런서에 있어서, 상기 너트의 너트 몸체 일단부에 밸런서 몸체의 체결공을 통해 판스프링과 체결축에 타이트하게 삽입되어 밸런서 몸체를 구동측 밀봉쉘의 하단부에 지지하기 위한 지지편이 돌출되도록 형성되므로써 구동 유니트 하단부에 패시브 밸런서를 너트에 의해서 완벽하게 지지할 수 있도록 하여 전체적인 냉동기의 안정도를 향상시킬 수 있으며, 안정도가 향상된 냉동기에 대해 미세한 조절을 하므로써 정확한 진동량을 설정할 수 있게 된다.

Description

무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서{PASSIVE BALANCER FOR LUBRICATIONLESS PULSE TUBE REFRIGERATOR}

도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1의 패시브 밸런서가 결합되는 상태를 나타낸 분해 사시도

도 3은 도 1의 패시브 밸런서를 나타낸 횡단면도

도 4는 본 발명에 따른 패시브 밸런서가 결합되는 상태를 나타낸 분해 사시도

도 5는 도 4의 너트를 나타낸 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 구동 유니트 11; 구동측 밀봉쉘

12; 삽입공 13,16; 고정공

14; 체결축 15; 볼트

17; 패시브 밸런서 18; 판스프링

19; 밸런서 몸체 20; 체결공

21; 너트 22; 너트 몸체

23; 지지편

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트 하단부에 패시브 밸런서를 너트에 의해 완벽하게 지지할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로는 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator), 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있는 데, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전 속도를 낮게 하거나, 마찰이 발생하는 실링 재료의 형상, 그리고 운동하는 부분을 없애는 방법 등이 모색되고 있다.

한편으로는, 장기간 보수가 필요없는 고신뢰성의 극저온 냉동기의 개발도 요구되고 있는 데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 무윤활 맥동관 냉동기(Lubricationless Pulse Tube Refrigerator)이다.

상기 맥동관 냉동기는 한 쪽이 막힌 관에 일정한 온도를 갖는 가스를 주기적으로 주입하여 압력을 변화시키면 가스의 유동에 난류 성분이 적을 때 매우 큰 온도 구배를 얻을 수 있다는 원리를 이용하여 관의 열린 쪽에서 극저온의 냉동을 구현하는 기기이며, 또한 상기 맥동관 냉동기는 평균 압력과 압력비가 낮아서 비교적 냉동 용량이 작고 신뢰성이 요구되는 냉동기로 사용하기에 적합한 스터링 냉동기의 변형으로서, 종래의 스터링 냉동기가 피스톤과 디스플레이서 등 두 개의 운동부를 갖는 데 비하여 맥동관 냉동기의 운동부는 별도의 압축기 하나만을 갖는 차이가 있다.

도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 패시브 밸런서가 결합되는 상태를 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 패시브 밸런서를 나타낸 횡단면도로서, 종래의 맥동관 냉동기는 리니어 모터의 가동자에 결합된 피스톤이 별도의 윤활 작용없이 실린더를 직선 왕복 운동시키면서 작동 가스를 펌핑시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트(10)와, 상기 구동 유니트(10)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트(50)로 크게 구분된다.

상기 구동유니트(10)는 실린더(25)가 상단에 구비되는 케이싱(26)과, 상기 케이싱(26)의 내부에 장착되는 리니어형 구동 모터(27)와, 상기 구동 모터(27)에 결합되는 구동축(28)과, 상기 구동축(28)에 연결되어 실린더(25)의 내부에 삽입되는 피스톤(29)과, 상기 구동축(28)의 상,하단에 각각 삽입되어 케이싱(26) 내부의 지지 부재(30)에 체결되며 피스톤(29)의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해 스파이럴 타입으로 형성된 복수개의 판스프링이 겹쳐지는 플렉셔 베어링(Flexure Bearing)(31)과, 상기 케이싱(26)의 하부를 밀폐시키도록 감싸는 구동측 밀봉쉘(11)로 구성된다.

상기 냉동 유니트(50)는 구동 유니트(10)에서 펌핑된 작동 가스에 의해 내부의 작동 가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 온측 열교환기(51B)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 냉측 열교환기(51A)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(51)과, 상기 맥동관(51)의 온측 열 교환기(51B)에 연결되어 왕복하는 작동 가스의 질량 유동과 압력 맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적 평형을 이루도록 하는 오리피스(52)와, 상기 오리피스(52)에 연결되어 작동 가스가 일시 체류하는 저장 용기(53)와, 상기 맥동관(51)으로 펌핑되는 작동 가스의 열을 저장하였다가 맥동관(51)에서 구동 유니트(10)로 되돌아 가는 작동 가스의 온도를 보상하기 위한 재생기(54), 상기 재생기(54)와 구동 유니트(10)의 실린더(25) 사이에 연결되어 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 우선 냉각시키는 예냉기(55)와, 상기 맥동관(51)과 재생기(54)를 감싸는 냉동측 밀봉쉘(56)로 구성된다.

따라서, 상기 구동모터(27)에 전원이 인가됨에 따라 상기 구동축(28)이 직선으로 왕복운동을 하게 됨과 동시에, 이 구동축(28)에 일체로 결합된 피스톤(29)이 실린더(25)에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉동 유니트(50)의 작동가스를 펌핑시켜 맥동관(51)의 냉측 열교환기(51A)쪽에서 극저온부를 형성시키게 된다.

또한, 상기한 구동 유니트(10)의 구동측 밀봉쉘(11) 하단부에는 맥동관 냉동기의 진동을 저감시키기 위한 패시브 밸런서(17)가 장착되는 데, 패시브 밸런서(17)를 조립할 때에는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 구동측 밀봉쉘(11)의 하단 중앙에 형성된 삽입공(12)에 체결축(14)을 삽입시킨 후, 상기 구동측 밀봉쉘(11)의 삽입공(12) 외주연에 형성된 고정공(13)과 상기 체결축(14)의 상부 외주연에 형성된 고정공(16)을 일치시켜 볼트(15)로서 체결시켜 상기 구동측 밀봉쉘(11)에 체결축(14)의 상단부를 고정시킨다.

그 다음, 스파이럴 타입의 복수개 판스프링(18)이 내부에 결합된 밸런서 몸체(19) 중앙의 체결공(20)을 상기 체결축(14)에 체결시킨 후, 최종적으로 체결축(14)의 하단부에 밸런서 몸체(19)가 체결축(14)으로부터 탈거되는 것을 방지하는 한편, 진동을 제어하는 질량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 육각형으로 된 너트(21a)를 체결시킨다.

그러나, 이와 같은 종래의 무윤활 맥동관 냉동기에서 작은 진동량까지 조절하기 위해서는 패시브 밸런서(17)의 밸런서 몸체(19)를 체결축(14)에 너트(21a)로서 완벽하게 지지시켜야만 하는 데, 단순한 일반적인 육각형으로 된 너트(21a)의 형상으로는 밸런서 몸체(19)를 구동측 밀봉쉘(11)의 하단부에 견고하고 안정된 상태로 지지할 수가 없어서 미세 진동량을 효율적으로 제어할 수가 없으며, 전체적인 냉동기의 안정도가 저하되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트 하단부에 패시브 밸런서를 너트에 의해서 완벽하게 지지할 수 있도록 하여 전체적인 냉동기의 안정도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 안정도가 향상된 냉동기에 대해 미세한 조절을 하므로써 정확한 진동량을 설정할 수 있는 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동 유니트의 구동측 밀봉쉘 하단부에 맥동관 냉동기의 진동을 저감시키기 위해 장착되며 상기 구동측 밀봉쉘의 하단 중앙에 체결축의 상단부가 고정되고, 스파이럴 타입의 복수개 판스프링이 내부에 결 합된 밸런서 몸체가 상기 체결축에 체결되며, 최종적으로 상기 체결축의 하단부에 밸런서 몸체가 체결축으로부터 탈거되는 것을 방지하는 한편, 진동을 제어하는 질량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 너트가 체결되는 패시브 밸런서에 있어서, 상기 너트의 너트 몸체 일단부에 밸런서 몸체의 체결공을 통해 판스프링과 체결축에 타이트하게 삽입되어 밸런서 몸체를 구동측 밀봉쉘의 하단부에 지지하기 위한 지지편이 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서가 제공된다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 패시브 밸런서가 결합되는 상태를 나타낸 분해 사시도이며, 도 5는 도 4의 너트를 나타낸 사시도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10)의 구동측 밀봉쉘(11)의 하단 중앙에 삽입공(12)이 형성되고, 상기 구동측 밀봉쉘(11)의 삽입공(12) 외주연에는 복수개의 고정공(13)이 형성되며, 상기 구동측 밀봉쉘(11)의 삽입공(12)에 삽입되어 결합되는 체결축(14)의 상부 외주연에는 상기 고정공(13)과 대응되어 볼트(15)로 체결되는 복수개의 고정공(16)이 형성된다.

또한, 진동을 저감시키기 위한 패시브 밸런서(17)의 스파이럴 타입의 복수개 판스프링(18)이 내부에 결합된 밸런서 몸체(19)의 중앙에는 상기 체결축(15)에 삽입되어 체결되는 체결공(20)이 형성되며, 상기 체결축(15)의 하단부에는 밸런서 몸체(19)가 체결축(15)으로부터 탈거되는 것을 방지하는 한편, 진동을 제어하는 진량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 육각형으로 된 너트(21)가 체결된다.

이때, 상기 너트(21)의 너트 몸체(22) 일단부에는 밸런서 몸체(19)의 체결공(20)을 통해 판스프링(18)과 체결축(15)에 타이트하게 삽입되어 상기 밸런서 몸체(19)를 구동측 밀봉쉘(15)의 하단부에 지지하기 위한 얇은 지지편(23)이 돌출되도록 형성되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10)의 구동측 밀봉쉘(11) 하단부에 맥동관 냉동기의 진동을 저감시키기 위한 패시브 밸런서(17)를 장착시에는 상기 체결축(15)의 하단부에 밸런서 몸체(19)가 체결축(15)으로부터 탈거되는 것을 방지하기 위해 지지함과 아울러, 진동을 제어하는 진량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 육각형으로 된 너트(21)를 체결시키게 된다.

이때, 상기 너트(21)의 너트 몸체(22) 일단부에는 얇은 지지편(23)이 돌출되도록 형성되어 있으므로 상기 체결축(15)의 하단부에 너트(21)를 체결시킬 때 상기 지지편(23)이 밸런서 몸체(19)의 체결공(20)을 통해 판스프링(18)과 체결축(15)에 타이트하게 삽입되므로써 상기 너트(21)에 의한 지지와 아울러, 판스프링(18)을 반경 방향으로 효과적으로 지지할 수 있어서 상기 밸런서 몸체(19)를 구동측 밀봉쉘(15)의 하단부에 상기 너트(21)에 의해 완벽하게 견고하고 안정된 상태로서 지지할 수 있게 되며, 이로 인해 패시브 밸런서(17)의 미세 진동 제어시 더욱 더 정 확하게 조정을 할 수 있어서 냉동기의 진동 발생을 최소화할 수 있게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트 하단부에 패시브 밸런서를 너트에 의해서 완벽하게 지지할 수 있으므로써 전체적인 냉동기의 안정도를 향상시킬 수 있으며, 안정도가 향상된 냉동기에 대해 미세한 조절을 하므로써 보다 정확한 진동량을 설정할 수 있어서 냉동기 전체의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 구동 유니트의 구동측 밀봉쉘 하단부에 맥동관 냉동기의 진동을 저감시키기 위해 장착되며 상기 구동측 밀봉쉘의 하단 중앙에 체결축의 상단부가 고정되고, 스파이럴 타입의 복수개 판스프링이 내부에 결합된 밸런서 몸체가 상기 체결축에 체결되며, 최종적으로 상기 체결축의 하단부에 밸런서 몸체가 체결축으로부터 탈거되는 것을 방지하는 한편, 진동을 제어하는 질량추로서의 역할을 하기 위한 적어도 1개 이상의 너트가 체결되는 패시브 밸런서에 있어서,

   상기 너트의 너트 몸체 일단부에 밸런서 몸체의 체결공을 통해 판스프링과 체결축에 타이트하게 삽입되어 밸런서 몸체를 구동측 밀봉쉘의 하단부에 지지하기 위한 지지편이 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서.

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