KR101041841B1 - Hybrid pulse tube refrigerator - Google Patents

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KR101041841B1
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KR1020100097437A
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박성제
고득용
김효봉
염한길
홍용주
서정균
고준석
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한국기계연구원
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Abstract

PURPOSE: A hybrid pulse tube refrigerator is provided to improve the performance of the hybrid pulse tube refrigerator by using different pulsating pressure generating schemes together. CONSTITUTION: A hybrid pulse tube refrigerator comprises a driver(110). The driver compresses or expands working gas to reduce the temperature of the pulse tube. The driver comprises a pressure generator(111) and a displacement generator(112). The pressure generator comprises a suction part sucking pressure control gas and a discharge part discharging the pressure control gas. The displacement generator is composed of a cylinder and a piston. The cylinder receives the pressure control gas from the pressure generator. The piston divides the inside of the cylinder into a domain in which the pressure control gas exists and a domain in which the working gas exists. The piston is moved according to suction and discharging of the pressure control gas to compress or expand the working gas to thereby generate pulsation pressure.

Description

하이브리드 맥동관 냉동기{HYBRID PULSE TUBE REFRIGERATOR}Hybrid Pulse Tube Refrigerator {HYBRID PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 하이브리드 맥동관 냉동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터리식 맥동압력 생성방식과 선형 왕복운동을 하는 맥동압력 생성방식이 조합된 형태로 맥동압력을 생성할 수 있는 하이브리드 맥동관 냉동기에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid pulsating tube refrigerator, and more particularly, to a hybrid pulsating tube refrigerator capable of generating pulsating pressure in a combination of a rotary pulsating pressure generating method and a pulsating pressure generating method for linear reciprocating motion. .

일반적으로 전력 소모를 획기적으로 감소시킬 수 있는 고온 초전도체나 적외선 센서의 작동온도는 70 내지 100K 의 극저온이다. 이러한 장치들의 상용화를 위해서는 저렴하고, 소형인 극저온 냉동기의 개발이 필수적이다.In general, the operating temperature of a high-temperature superconductor or infrared sensor that can significantly reduce power consumption is a cryogenic temperature of 70 to 100K. In order to commercialize these devices, the development of an inexpensive and compact cryogenic freezer is essential.

종래의 극저온 냉동기로는 스털링 냉동기(Stirling Cryocooler), 맥동관 냉동기 등이 사용되고 있으며, 이러한 극저온 냉동기의 효율 향상을 위한 연구가 계속되고 있다. 특히, 고속 냉동이 가능하고, 장기간의 유지보수를 요구하지 않는 맥동관 냉동기가 각광받고 있다.As a conventional cryogenic freezer, a Stirling Cryocooler, a pulsating tube freezer, and the like are used, and studies for improving the efficiency of the cryogenic freezer are continuing. In particular, pulsating tube freezers that are capable of high-speed freezing and do not require long-term maintenance have been in the spotlight.

이러한 맥동관 냉동기는 구동부에서 작동가스의 왕복운동을 유도하여 작동가스의 압축 및 팽창을 반복적으로 수행하고, 오리피스에서 작동가스의 질량유동과 맥동압력 사이에서 발생하는 위상차를 이용하여 맥동관의 저온부의 온도를 낮춤으로써 냉각을 수행한다.Such a pulsating tube refrigerator induces reciprocation of the working gas in the driving unit to repeatedly compress and expand the working gas, and utilizes a phase difference generated between the mass flow and the pulsating pressure of the working gas in the orifice, Cooling is performed by lowering the temperature.

도 1은 종래의 선(linear)형 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 종래의 로터리(rotary)형 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 schematically shows a conventional linear pulse tube freezer, and FIG. 2 schematically shows a conventional rotary pulse tube freezer.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이러한 종래의 맥동관 냉동기는 맥동압력 생성방식에 따라, 실린더(13)의 내부에 수용되어 리니어 모터등의 구동원과 연결되는 피스톤(12)의 선형운동을 통하여 작동가스를 왕복 유동시킴으로써 맥동압력을 생성하는 선형(linear) 맥동관 냉동기(10)와, 압축기(21)의 단부에 작동기체가 토출되는 토출부(22)와 흡입되는 흡입부(23)를 마련하고, 로터리 밸브(24)를 이용하여 토출부와 흡입부 중 하나만을 선택적으로 개방함으로써 작동가스의 맥동압력을 생성시키는 로터리(rotary)형 맥동관 냉동기로 구분될 수 있다.1 and 2, such a conventional pulsating tube refrigerator is operated through a linear movement of a piston 12 accommodated in the cylinder 13 and connected to a drive source such as a linear motor, according to the pulsating pressure generation method. A linear pulsating tube refrigerator 10 for generating pulsating pressure by reciprocating gas, a discharge part 22 for discharging the working gas, and a suction part 23 for suction are provided at the end of the compressor 21. By using the rotary valve 24, only one of the discharge portion and the suction portion may be divided into a rotary type pulsation tube chiller that generates pulsation pressure of the working gas.

다만, 종래 로터리형 맥동관 냉동기는 압축기의 압축비 및 압축유량에 의하여 생성되는 맥동압력의 파형이 제한적이고, 고주파의 맥동압력을 생성할 수 없다는 문제가 있었다.However, the conventional rotary pulsating tube refrigerator has a problem that the waveform of the pulsating pressure generated by the compression ratio and the compression flow rate of the compressor is limited, and it is not possible to generate a high frequency pulsating pressure.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피스톤 및 실린더를 압축기와 로터리 밸브를 이용하여 구동함으로써, 실린더의 형상 및 부피의 다양한 설계변경가 가능한 하이브리드 맥동관 냉동기를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a hybrid pulsating tube refrigerator capable of various design changes of the shape and volume of the cylinder by driving the piston and the cylinder using a compressor and a rotary valve. .

상기 목적은, 본 발명에 따라, 구동부에 의하여 작동가스가 압축 또는 팽창됨으로써 맥동관의 온도를 낮추는 하이브리드 맥동관 냉동기에 있어서, 상기 구동부는 압력조절가스를 흡입하는 흡입부와 상기 압력조절가스를 토출하는 토출부를 구비하는 압력 생성부; 상기 압력 생성부로부터 압력조절가스를 제공받는 실린더부, 상기 실린더부의 내부를 상기 압력조절가스가 존재하는 영역과 상기 작동가스가 존재하는 영역으로 구획하되 상기 압력조절가스의 흡입 또는 토출에 의하여 위치 이동함으로써 상기 작동가스를 압축 또는 팽창시켜 맥동압력을 생성하는 피스톤부로 구성되는 변위 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 맥동관 냉동기에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, in the hybrid pulsating tube chiller which lowers the temperature of the pulsating tube by compressing or expanding the working gas by the driving unit, the driving unit discharges the suction portion and the pressure regulating gas to suck the pressure regulating gas A pressure generating unit having a discharge unit to make; The cylinder unit receives the pressure regulating gas from the pressure generating unit, and divides the inside of the cylinder into a region in which the pressure regulating gas exists and a region in which the working gas exists, and moves the position by suction or discharge of the pressure regulating gas. It is achieved by a hybrid pulsating tube chiller comprising a; displacement generating portion consisting of a piston portion for compressing or expanding the working gas to generate pulsating pressure.

또한, 상기 구동부는 상기 압력 생성부와 상기 변위 발생부를 상호 연결하되, 상기 압력조절가스가 흐르도록 상기 흡입부와 상기 토출부 중 어느 하나와 상기 압력 생성부를 선택적으로 연통시키는 로터리 밸브를 더 포함할 수 있다.The driving unit may further include a rotary valve interconnecting the pressure generating unit and the displacement generating unit to selectively communicate any one of the suction unit and the discharge unit with the pressure generating unit so that the pressure regulating gas flows. Can be.

본 발명에 따르면, 서로 다른 맥동압력 생성 방식을 혼용함으로써 향상된 성능향상을 구현할 수 있는 하이브리드 맥동관 냉동기가 제공된다.According to the present invention, there is provided a hybrid pulsating tube refrigerator capable of realizing improved performance by using different pulsating pressure generation methods.

도 1은 종래의 선(linear)형 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 종래의 로터리(rotary)형 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a conventional linear pulse tube freezer,
Figure 2 schematically shows a conventional rotary type pulse tube refrigerator,
Figure 3 schematically shows a hybrid pulsating tube refrigerator according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 맥동관 냉동기(100)에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the hybrid pulsating tube refrigerator 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 맥동관 냉동기를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 3 schematically shows a hybrid pulsating tube refrigerator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 맥동관 냉동기(100)는 구동부(110)와 열교환부(120)와 재생기(130)와 맥동관(140)과 오리피스(150)와 저장부(160)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the hybrid pulsation tube refrigerator 100 according to an embodiment of the present invention is stored with the driving unit 110, the heat exchanger 120, the regenerator 130, the pulsation tube 140, and the orifice 150. The unit 160 is included.

상기 구동부(110)는 작동가스를 압축하거나 팽창시켜 맥동압력을 생성하기 위한 부재로서, 압력 생성부(111)와 변위 발생부(116)를 포함한다.The driving unit 110 is a member for generating a pulsating pressure by compressing or expanding a working gas, and includes a pressure generating unit 111 and a displacement generating unit 116.

상기 압력 생성부(111)는 후술하는 실린더(117) 내부로 압력조절가스를 가압하여 충진하거나, 실린더(117) 내부의 압력조절가스를 흡입함으로써 변위 발생부(116)의 피스톤(117)을 직선 이동시키기 위한 부재로서, 압축기(112)와 토출부(113)와 흡입부(114)와 로터리 밸브(115)를 포함한다.The pressure generating unit 111 pressurizes the pressure regulating gas into the cylinder 117 to be described later, or sucks the pressure regulating gas inside the cylinder 117 to straighten the piston 117 of the displacement generating unit 116. The member for moving includes a compressor 112, a discharge part 113, a suction part 114, and a rotary valve 115.

상기 압축기(112)는 압력조절가스를 가압하여 토출하거나, 흡입하기 위한 부재이다.The compressor 112 is a member for pressurizing the pressure regulating gas to discharge or suck it.

상기 토출부(113)는 일단부가 압축기(112)와 연결되고 타단부는 로터리 밸브(115)와 연결되어, 압축기(112)로부터 발생하는 고압의 압력조절가스를 실린더(117) 내부에 충진하는 부재로서, 소정 직경의 관의 형태로 구성된다.One end portion of the discharge portion 113 is connected to the compressor 112 and the other end is connected to the rotary valve 115, a member for filling the cylinder 117 with a high pressure pressure control gas generated from the compressor 112 It is configured in the form of a tube of a predetermined diameter.

상기 흡입부(114)는 토출부(113)와 소정 이격되고 일단부가 압축기(112)와 연결되되 타단부가 로터리 밸브(115)와 연결되며, 토출부(113)와는 반대로 실린더(117) 내부의 압력조절가스를 흡입하는 부재로서, 소정 직경의 관의 형태로 구성된다.The suction part 114 is spaced apart from the discharge part 113, and one end thereof is connected to the compressor 112, and the other end thereof is connected to the rotary valve 115, and opposite to the discharge part 113, the inside of the cylinder 117 is disposed. A member for sucking a pressure regulating gas, which is configured in the form of a tube having a predetermined diameter.

토출부(113) 및 흡입부(114)을 구성하는 관의 직경은 유동하는 압력조절가스의 유량에 따라 설정될 수 있다.The diameters of the pipes constituting the discharge part 113 and the suction part 114 may be set according to the flow rate of the pressure regulating gas flowing.

상기 로터리 밸브(115)는 일단부가 토출부(113) 및 흡입부(114)의 단부와 연결되고, 타단부는 후술하는 변위 발생부(116)의 실린더(117)의 내부 공간과 연결된다. 로터리 밸브(115)는 흡입부(113)와 토출부(114) 중 어느 하나를 선택적으로 개방시켜 실린더(117)와 연통시킴으로써, 압력조절가스가 유동할 수 있는 유로를 제공한다.One end of the rotary valve 115 is connected to an end of the discharge part 113 and the suction part 114, and the other end is connected to an internal space of the cylinder 117 of the displacement generator 116 which will be described later. The rotary valve 115 selectively opens one of the suction part 113 and the discharge part 114 to communicate with the cylinder 117, thereby providing a flow path through which the pressure regulating gas can flow.

상기 변위 발생부(116)는 압력조절가스의 토출 및 흡입 동작에 의하여 발생하는 내부 압력 변화를 이용하여 작동가스의 유동을 유발하고, 맥동압력을 생성하는 부재로서, 실린더(117)와 피스톤(118)을 포함한다.The displacement generating unit 116 is a member for inducing the flow of the working gas by using the internal pressure change generated by the discharge and suction operation of the pressure regulating gas, and generates a pulsating pressure, the cylinder 117 and the piston 118 ).

상기 실린더(117)는 일단부가 로터리 밸브(115)와 연결되고 타단부가 열교환부(120)와 연결되며, 내부에는 후술하는 피스톤(118)을 중심으로 구획되는 일영역에는 압력조절가스를 타영역에는 작동가스를 수용한다.One end of the cylinder 117 is connected to the rotary valve 115 and the other end is connected to the heat exchanger 120, and there is a pressure regulating gas in another area centered around the piston 118 which will be described later. Contains working gas.

상기 피스톤(118)은 상기 실린더(117)의 내벽에서 이동가능하도록 배치되며, 실린더(117)의 내부공간을 압력조절가스(G1)가 수용되는 공간과 작동가스(G2)가 수용되는 공간으로 구획한다. 이때, 어느 한 종류의 가스가 다른 종류의 가스가 수용된 영역으로 넘어가지 못하도록 격리하는 것이 바람직하다.The piston 118 is arranged to be movable on the inner wall of the cylinder 117, and partitions the inner space of the cylinder 117 into a space in which the pressure regulating gas G1 is accommodated and a space in which the working gas G2 is accommodated. do. At this time, it is preferable to isolate one kind of gas so that it does not pass to the area containing the other kind of gas.

상기 열교환부(120)는 상기 실린더(117)의 단부에 부착되어 외기와의 열교환을 통하여 상기 실린더 내부에서 압축되어 배출되는 고온의 작동가스의 압축열을 제거하는 부재이다.The heat exchanger 120 is a member attached to an end of the cylinder 117 to remove the heat of compression of the high-temperature working gas is compressed and discharged in the cylinder through heat exchange with the outside air.

상기 재생기(130)는 열교환부(120)의 단부와 연결되어, 변위 발생부(116)에 의하여 압축 또는 팽창되는 작동가스를 수용하며, 변위 발생부(116)의 압축시에는 고온의 작동가스로부터 열을 흡수하고, 변위 발생부(116)의 팽창시에는 작동가스에 열을 제공함으로써 작동가스를 재생시키는 기능을 수행한다.The regenerator 130 is connected to an end of the heat exchanger 120 to receive a working gas compressed or expanded by the displacement generator 116, and when the displacement generator 116 is compressed from a high temperature working gas. Absorbs heat and provides a heat to the working gas when the displacement generator 116 expands, thereby regenerating the working gas.

상기 맥동관(140)은 작동가스가 팽창할 때 저온부(141)에서 외기와의 열교환을 통하여 외기의 온도를 낮추는 냉동일을 수행하고, 작동가스가 압축될 때는 고온부(142)에서 열을 방출함으로써 상대적으로 고온인 작동가스의 온도를 낮춘다.The pulsating tube 140 performs a freezing day to lower the temperature of the outside air through heat exchange with the outside air in the low temperature part 141 when the working gas is expanded, and releases heat from the high temperature part 142 when the working gas is compressed. Lower the temperature of the relatively hot working gas.

상기 오리피스(150)는 단부가 고온부(142)와 연결되며, 작은 직경의 오리피스 관 및 이를 제어하는 밸브로 구성될 수 있으며, 맥동관(140)과 저장부(160)의 사이에서 왕복 운동하는 작동가스의 질량유동에 인위적인 저항을 인가함으로써, 구동부(110)에서 생성되는 맥동압력과 작동가스의 질량유동과의 위상차를 발생시킨다.The orifice 150 has an end portion connected to the high temperature portion 142, and may be composed of a small diameter orifice tube and a valve controlling the same, and reciprocating between the pulsation tube 140 and the storage 160. By applying an artificial resistance to the mass flow of the gas, a phase difference between the pulsation pressure generated in the driving unit 110 and the mass flow of the working gas is generated.

상기 저장부(160)는 오리피스(150)와 연결되어 작동가스를 임시적으로 저장하는 기능을 한다.
The storage unit 160 is connected to the orifice 150 to temporarily store the working gas.

지금부터는 상술한 하이브리드 맥동관 냉동기(100)의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.The operation of one embodiment of the above-mentioned hybrid pulsation tube refrigerator 100 will now be described.

본 실시예의 하이브리드 맥동관 냉동기(100)의 동작은 기본적으로 사이클을 구성하며, 사이클이 반복적으로 수행된다. 이하, 본 실시예의 작동에 대해서 각 사이클을 구성하는 압축단계와 팽창단계로 나누어 설명한다.The operation of the hybrid pulsation tube refrigerator 100 of the present embodiment basically constitutes a cycle, and the cycle is repeatedly performed. Hereinafter, the operation of this embodiment will be described by dividing the compression step and expansion step constituting each cycle.

상기 압축단계는 구동부(110)에 의하여 작동가스가 압축되는 단계이다.In the compressing step, the working gas is compressed by the driving unit 110.

먼저, 압축기(112)가 압력조절가스를 압축하여 토출부(113)를 통하여 토출한다. 이때, 로터리 밸브(115)는 토출부(113)가 실린더(117)와 연통되도록 제어되므로, 토출되는 압력조절가스는 실린더(117)의 내부로 충진된다. 이경우에 실린더(117)에 충진되는 압력조절가스(G1)의 영향으로 피스톤(118)은 직선 병진 운동으로 전진하고, 압력조절가스(G1)가 수용된 영역의 반대편 영역에 수용되는 작동가스(G2)는 피스톤(118)의 전진운동에 의하여 압축되어 열교환부(120) 측으로 토출된다.First, the compressor 112 compresses the pressure regulating gas and discharges it through the discharge part 113. At this time, the rotary valve 115 is controlled so that the discharge portion 113 is in communication with the cylinder 117, the discharge pressure regulating gas is filled into the cylinder 117. In this case, under the influence of the pressure regulating gas G1 filled in the cylinder 117, the piston 118 is advanced in a linear translational motion, and the working gas G2 accommodated in the region opposite to the region in which the pressure regulating gas G1 is accommodated. Is compressed by the forward movement of the piston 118 is discharged to the heat exchange unit 120 side.

토출된 작동가스는 열교환부(120)에 의하여 압축열이 제거된 채로 재생기(130)로 이동한다. 재생기(130)는 신속한 시간 내에 작동가스와 열교환하고 작동가스의 현열을 저장한다. 재생기(130)를 통과하면서 소정의 열을 빼앗긴 고압의 작동가스는 냉각되어 맥동관(140)으로 유입된다. 이때, 유입되는 작동가스에 의하여 맥동관(140)의 압력이 증가하고, 특히, 고온부(141) 쪽에 가까울수록 작동가스가 상대적으로 크게 압축되므로, 고온부(141)의 온도가 상승하고, 고온부(141)에서는 외기와의 열교환을 통하여 작동가스의 열을 제거한다.The discharged working gas moves to the regenerator 130 with the compressed heat removed by the heat exchanger 120. The regenerator 130 exchanges heat with the working gas in a short time and stores the sensible heat of the working gas. The high-pressure working gas, which is deprived of a predetermined heat while passing through the regenerator 130, is cooled and flows into the pulsating tube 140. At this time, the pressure of the pulsating tube 140 increases due to the operating gas flowing in, and in particular, since the operating gas is compressed relatively larger as it approaches the high temperature unit 141, the temperature of the high temperature unit 141 increases, and the high temperature unit 141. ) Removes heat from working gas through heat exchange with outside air.

이때, 고온부(141) 쪽의 작동가스 일부가 오리피스를 거치면서 저장부(160)에 임시적으로 저장된다.At this time, a part of the working gas toward the hot portion 141 is temporarily stored in the storage 160 while passing through the orifice.

상기 팽창단계는 구동부(110)에서 작동가스를 팽창시키는 단계로서, 상술한 압축단계가 완료되면 팽창단계가 수행된다.The expansion step is to expand the working gas in the drive unit 110, the expansion step is performed when the above-mentioned compression step is completed.

먼저, 로터리 밸브(115)가 토출부(113)와 실린더(117)와 연통되는 유로를 차단하고, 흡입부(114)와 실린더(117)와를 연통시킨다. 이로 인하여 실린더(117)의 내부에 수용되어 있던 압력조절가스는 흡입부(114)를 통과하여 압축기(112)의 내부로 흡입되며, 이에 의하여 피스톤(118)도 상기의 압축단계에서 진행된 방향의 반대방향으로 직선 이동한다. 피스톤(118)의 직선이동으로 인하여 저장부(160)에 있던 작동가스는 오리피스(150)를 거쳐 맥동관(140)으로 유동하고, 맥동관(140) 내의 작동가스가 전체적으로 단열팽창함으로써 온도가 낮아진다. First, the rotary valve 115 cuts off the flow path communicating with the discharge part 113 and the cylinder 117, and communicates with the suction part 114 and the cylinder 117. As a result, the pressure regulating gas contained in the cylinder 117 passes through the suction unit 114 and is sucked into the compressor 112, whereby the piston 118 is also reversed in the direction of the compression step. To move in a straight line. Due to the linear movement of the piston 118, the working gas in the storage unit 160 flows through the orifice 150 to the pulsating tube 140, and the temperature of the working gas in the pulsating tube 140 is adiabaticly expanded. .

특히, 저온부(142) 쪽에 위치하는 작동가스가 고온부(141)쪽의 작동가스보다 상대적으로 크게 팽창되므로 온도가 더 낮아진다. 온도가 낮아진 작동가스는 저온부(142)에서의 외기와 열교환을 통하여 냉각일을 수행한 후에 재생기(130)를 통과하면서 압축단계에서 저장되어 있던 현열을 제공받아 최초의 온도를 회복하며 실린더(117)의 내부로 돌아가는 과정을 거친다.In particular, since the working gas located on the low temperature part 142 side expands relatively larger than the working gas on the high temperature part 141 side, the temperature becomes lower. The working gas whose temperature is lowered is supplied with sensible heat stored in the compression step while passing through the regenerator 130 after performing a cooling work through heat exchange with outside air in the low temperature unit 142 to recover the initial temperature of the cylinder 117. The process of going back to the inside of.

따라서, 상술한 압축단계와 팽창단계로 구성되는 사이클을 반복적으로 수행하면서 맥동관(140) 저온부(141)의 온도를 극저온으로 낮추게 된다.
Therefore, while repeatedly performing the cycle consisting of the compression step and the expansion step described above to lower the temperature of the pulsation tube 140, the low temperature portion 141 to cryogenic temperatures.

따라서, 본 실시예의 하이브리드 맥동관 냉동기에 의하면, 서로 다른 형태의 맥동압력 생성방식의 맥동관 냉동기를 동시에 적용함으로써, 실린더 및 피스톤의 설경변경을 통하여 압축비를 조절하고, 압축기와 로터리 밸브를 이용하여 맥동압력을 용이하게 제어할 수 있으므로 향상된 성능을 통하여 냉각을 수행할 수 있다.
Therefore, according to the hybrid pulsating tube refrigerator of the present embodiment, by applying the pulsating tube refrigerators of the different types of pulsating pressure generation at the same time, the compression ratio is adjusted by changing the snow diameter of the cylinder and the piston, and the pulsation using the compressor and the rotary valve Since the pressure can be easily controlled, cooling can be performed through improved performance.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described herein to various extents that can be modified.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 맥동관 냉동기
110 : 구동부 130 : 재생기
111 : 압력 생성부 140 : 맥동관
112 : 변위 발생부 150 : 오리피스
120 : 열교환부 160 : 저장부100: hybrid pulse tube freezer according to an embodiment of the present invention
110: drive unit 130: player
111: pressure generating unit 140: pulsating tube
112: displacement generating unit 150: orifice
120: heat exchanger 160: storage

Claims (2)

구동부에 의하여 작동가스가 압축 또는 팽창됨으로써 맥동관의 온도를 낮추는 하이브리드 맥동관 냉동기에 있어서,
상기 구동부는 압력조절가스를 흡입하는 흡입부와 상기 압력조절가스를 토출하는 토출부를 구비하는 압력 생성부; 상기 압력 생성부로부터 압력조절가스를 제공받는 실린더부, 상기 실린더부의 내부를 상기 압력조절가스가 존재하는 영역과 상기 작동가스가 존재하는 영역으로 구획하되 상기 압력조절가스의 흡입 또는 토출에 의하여 위치 이동함으로써 상기 작동가스를 압축 또는 팽창시켜 맥동압력을 생성하는 피스톤부로 구성되는 변위 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 맥동관 냉동기.In the hybrid pulsating tube refrigerator, which lowers the temperature of the pulsating tube by compressing or expanding the working gas by the driving unit,
The driving unit includes a pressure generating unit having a suction unit for sucking the pressure control gas and a discharge unit for discharging the pressure control gas; The cylinder unit receives the pressure regulating gas from the pressure generating unit, and divides the inside of the cylinder into a region in which the pressure regulating gas exists and a region in which the working gas exists, and moves the position by suction or discharge of the pressure regulating gas. And a displacement generating unit comprising a piston unit compressing or expanding the working gas to generate pulsating pressure. 제1항에 있어서,
상기 구동부는 상기 압력 생성부와 상기 변위 발생부를 상호 연결하되, 상기 압력조절가스가 흐르도록 상기 흡입부와 상기 토출부 중 어느 하나와 상기 압력 생성부를 선택적으로 연통시키는 로터리 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 맥동관 냉동기.The method of claim 1,
The driving unit may further include a rotary valve interconnecting the pressure generating unit and the displacement generating unit to selectively communicate any one of the suction unit and the discharge unit with the pressure generating unit so that the pressure regulating gas flows. Hybrid pulse tube refrigerator.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101421045B1 (en) 2013-04-12 2014-07-22 한국기계연구원 Pulse tube refrigerator having gas storage unit to which heat exchanger is attached
KR101905141B1 (en) * 2017-03-08 2018-10-25 한국과학기술원 Cryogenic free piston reciprocating type expander and method of operating thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0634214A (en) * 1992-07-16 1994-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Pulse tube refrigerator
JP2001099506A (en) * 1999-09-29 2001-04-13 Aisin Seiki Co Ltd Pulse tube refrigerating machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0634214A (en) * 1992-07-16 1994-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Pulse tube refrigerator
JP2001099506A (en) * 1999-09-29 2001-04-13 Aisin Seiki Co Ltd Pulse tube refrigerating machine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101421045B1 (en) 2013-04-12 2014-07-22 한국기계연구원 Pulse tube refrigerator having gas storage unit to which heat exchanger is attached
KR101905141B1 (en) * 2017-03-08 2018-10-25 한국과학기술원 Cryogenic free piston reciprocating type expander and method of operating thereof

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