KR20000021120A - Ultra low temperature freezer using reverse brayton cycle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A very low temperature refrigerator using reverse Brayton cycle is provided to suitably apply to the very low temperature refrigerator for electric elements and superconducting elements by reducing the size and simplifying the composition. CONSTITUTION: A very low temperature refrigerator using reverse Brayton cycle includes a first element(100) formed with an electric power introduction part(102) coming into in the one side end, and a compressor(104) and a small refrigerating fan(106) driven by the electric power came into through the electric power introduction part in the inside, a second element(110) formed with a counter flow heat exchanger(122) in which high-pressure gas and low-pressure gas exchanges heat, and an expander(126) in the inside for forming a low temperature, and a third element(120) between the compressor and the counter flow heat exchanger for controlling the electric power to a motor driving the compressor.

Description

역브레이튼 사이클을 이용한 극저온 냉각기Cryogenic Chiller with Reverse Brayton Cycle

본 발명은 극저온 냉각장치에 관한 것이며, 특히, 역브레이튼 사이클을 이용하여 소형 부피내에서 외부로부터의 전원공급에 의하여 극저온을 형성하는 냉각기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to cryogenic chillers, and more particularly, to chillers that form cryogenic temperatures by powering from outside in a small volume using a reverse braton cycle.

액체 질소 온도 정도(약 77K)의 냉각 효과를 유발하는 초소형 극저온 냉각기의 경우는 현재 주로 적외선 센서를 냉각하는데 사용되고 있으며 앞으로는 CMOS, GaAs, HEMT 등의 반도체 소자, 고온 초전도체를 사용하는 SQUID, RF 필터등으로 확대될 것이다.Ultra-low temperature cryogenic cooler that causes cooling effect of liquid nitrogen temperature (approximately 77K) is mainly used to cool infrared sensor.In the future, semiconductor devices such as CMOS, GaAs, HEMT, SQUID, RF filter using high temperature superconductor, etc. Will be enlarged.

예를 들자면 CMOS 논리 회로의 경우 80 K의 온도에서 작동될 때 그 연산 속도가 상온의 경우보다 2 ~ 3 정도 빠르고, GaAs 소자로 이루어진 연산회로는 77 K에서 10 GHz의 작동률을 보인다. 상기한 바와 같이 극저온에서 작동되는 전자회로들은 반도체 소자 자체의 연산속도뿐만이 아니라, 그 밖에도 열적 잡음의 감소, 통신회로에서의 용량 증가, 감지 소자의 민감성 및 영역 확대등의 부가적인 특성을 또한 이점으로 하고 있다.For example, CMOS logic circuits operate at 80K for two to three times faster than at room temperature, while GaAs devices have 77K at 10 GHz. As described above, the electronic circuits operated at cryogenic temperatures may also benefit not only from the operation speed of the semiconductor device itself, but also from the additional characteristics such as the reduction of thermal noise, the increase in the capacity of the communication circuit, the sensitivity of the sensing element, and the area expansion. Doing.

한편, 상기한 극저온 냉동기 분야에서 중요한 기술 개발 내용은 극저온 냉각기의 소형화, 편리성, 가격, 내구성 등이다. 특히 상기한 전자소자 및 초전도소자를 냉각하는 경우에는 초소형 극저온 냉각기가 유리하므로, 기존의 냉각기를 어떻게 이 분야에 적용하는 것이 가능한 지가 가장 큰 문제이었다.Meanwhile, important technical developments in the field of cryogenic refrigerators include miniaturization, convenience, price, and durability of cryogenic chillers. In particular, when cooling the electronic device and the superconducting device is very small cryogenic cooler is advantageous, how to apply the existing cooler in this field was the biggest problem.

종래기술에 따른 초소형 극저온 냉각기로는 약 300 기압의 고압을 생성하는 압축기를 이용한 J-T(Joule - Thompson) 냉각기 혹은 선형 압축기를 이용하는 스터링(Stirling) 극저온 냉각기가 대부분이었다.The ultra-small cryogenic cooler according to the prior art was a J-T (Joule-Thomson) cooler using a compressor that generates a high pressure of about 300 atmospheres or a Stirling cryogenic cooler using a linear compressor.

J-T 냉각기는 열교환부와 팽창부만을 초소형화시켜 단지 J-T 팽창(단열 팽창)시키는 냉각기인데, 약 300 기압의 압축가스를 필요로 하므로 압축기가 매우 커서 냉각부와 분리 설치하여야 하고 효율이 매우 낮다는 커다란 문제점을 안고 있었다.JT cooler is a cooler that only miniaturizes the heat exchanger and the expansion part and only JT expansion (insulation expansion). Since it requires about 300 atm of compressed gas, the compressor is very large and needs to be installed separately from the cooling part. I had a problem.

한편 선형 압축기를 이용하는 초소형 스터링 극저온 냉각기의 경우는 잘 알려져 있다시피, 두 개의 정온과정과 두 개의 정적과정으로 구성되어 있는 스터링 사이클을 역으로 동작시킨 냉각기로서 압축기, 팽창기 및 재생기 모두가 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술에 의하여 제작되어 있으며, 고주파의 맥동 흐름에 의존하여 작동한다.On the other hand, as is well known in the case of a very small sterling cryogenic chiller using a linear compressor, the compressor, the expander and the regenerator are operated by reversing a sterling cycle consisting of two constant temperature processes and two static processes. It is manufactured by Mechanical System) technology and operates depending on high frequency pulsating flow.

이에 대한 상세한 설명은 미국 특허공보 5,457,956 "초소형 스터링 냉각기(Microminiature Stirling Cycle Cryocoolers And Engines)"를 보면 알 수 있다.A detailed description of this can be found in US Pat. No. 5,457,956 "Microminiature Stirling Cycle Cryocoolers And Engines".

상기한 바와 같이 종래의 기술인 J-T 냉각기는 냉각부의 크기가 소형화될 수는 있었으나 냉각기를 구동하는 압축기가 항상 가장 큰 부피를 차지함에 따라 전체 냉각기의 크기가 커지고 사용이 불편한 문제점이 있으며, 초소형 스터링 사이클을 이용한 초소형 극저온 냉각기는 고주파의 맥동 흐름을 이용하므로 그 구조가 매우 복잡한 문제점이 있으며, 따라서 액체 질소 온도에서 사용이 가능한 고온 초전도체 응용 전자소자가 상용화되기 위하여 보다 소형이고 편리한 극저온 냉각기의 대두가 필요하게 되었다.As described above, the JT cooler of the related art can be miniaturized in size, but as the compressor driving the cooler always occupies the largest volume, the size of the entire cooler becomes large and it is inconvenient to use. The ultra-low temperature cryogenic cooler uses a high-frequency pulsating flow, so its structure is very complicated. Therefore, in order to commercialize high-temperature superconductor application electronic devices that can be used at liquid nitrogen temperature, a more compact and convenient cryogenic cooler is needed. .

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소형화된 부피 내에서 극저온을 형성하는 역 브레이튼 사이클을 이용한 초소형 극저온 냉각기를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object thereof is to provide a micro cryogenic cooler using an inverse Brayton cycle to form cryogenic temperature in a miniaturized volume.

도 1a는 본 발명의 한 실시예에 따른 역브레이튼 사이클을 이용한 극저온 냉각기를 나타내는 3차원 개요도이고,1A is a three-dimensional schematic diagram illustrating a cryogenic chiller using a reverse Brayton cycle according to an embodiment of the present invention;

도 1b는 도 1에 도시된 역브레이튼 사이클을 이용한 극저온 냉각기의 평면도이며,FIG. 1B is a plan view of the cryogenic cooler using the reverse Braton cycle shown in FIG.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 역브레이튼 사이클을 이용한 극저온 냉각기의 열역학 사이클을 나타낸 T-s 선도이다.FIG. 2 is a T-s diagram illustrating the thermodynamic cycle of a cryogenic chiller using an inverse Braton cycle in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

100 : 제 1 장치 102 : 전력 도입부100: first device 102: power introduction unit

104 : 원심 압축기 106 : 소형 냉각팬104: centrifugal compressor 106: small cooling fan

110 : 제 2 장치 112 : 전기 회로부110: second device 112: electrical circuit portion

120 : 제 3 장치 122 : 대향류 열교환기120: third apparatus 122: counterflow heat exchanger

124 : 진공 단열부 126 : 터보 팽창기124: vacuum insulation 126: turbo expander

128 : 진공 단열용 보강체128: vacuum insulation reinforcement

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 그 일측단에 전력이 인입되는 전력도입부가 설치되고, 그 내부에 전력도입부를 통하여 인입된 전력에 의하여 구동되는 원심압축기, 소형 냉각팬이 각각 설치되는 제 1 장치와; 고압과 저압의 가스가 열교환을 이루는 대향류 열교환기와, 저온을 형성하는 팽창기가 각각 그 내부에 설치되는 제 2 장치와; 상기 원심압축기와 대향류 열교환기 사이에서 원심압축기를 구동하는 모터에 대한 전력을 제어하는 제 3 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 극저온 냉각기가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, there is provided a power inlet for introducing power at one end thereof, the centrifugal compressor and the small cooling fan respectively driven by the power introduced through the power introduction unit therein A first device installed; A counter flow heat exchanger in which high pressure and low pressure gas exchanges heat, and a second device having a low temperature expander formed therein; An ultra-small cryogenic cooler is provided, comprising a third device for controlling electric power for a motor driving a centrifugal compressor between the centrifugal compressor and the counterflow heat exchanger.

아래에서, 본 발명에 따른 초소형 극저온 냉각기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a micro cryogenic cooler according to the present invention will be described in detail.

도면에서 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 초소형 극저온 냉각기는 3 개의 장치(100, 110, 120)로 구성되는 바, 제 1 장치(100)의 일측단에는 전력이 인입되는 전력도입부(102)가 설치되고, 내부에는 상기 전력도입부(102)를 통하여 인입된 전력에 의하여 구동되는 원심압축기(104), 소형 냉각팬(106)이 각각 설치된다.As shown in FIGS. 2A and 2B, the ultra-low temperature cryogenic cooler is composed of three devices 100, 110, and 120, and a power introduction part 102 into which power is drawn at one end of the first device 100. ) Is installed, and inside the centrifugal compressor 104 and the small cooling fan 106 are driven by the power drawn through the power introduction unit 102, respectively.

상기 원심압축기(104)는 반지름 약 1 cm, 두께 약 5 mm로서, 고심도 이온 식각법(Deep Reactive Ion Etching)을 이용하여 제작되며, 작동유체인 질소가스가 압축되는 동안 바로 위에 위치한 소형 냉각팬(106)에 의하여 온도 상승이 최대한 억제된다. 상기 소형 냉각팬(106)은 초소형 축류팬으로서 원심압축기(104)와 같은 축에 설치되고 정전기형 마이크로모터가 약 100만 rpm의 회전속도를 가질 수 있도록 제작된다.The centrifugal compressor 104 has a radius of about 1 cm and a thickness of about 5 mm, and is manufactured by using deep reactive ion etching, and a small cooling fan positioned directly above the nitrogen gas, which is a working fluid, is compressed. 106) suppresses the temperature rise as much as possible. The small cooling fan 106 is a small axial flow fan is installed on the same shaft as the centrifugal compressor 104 and is manufactured to have a rotational speed of about 1 million rpm electrostatic micromotor.

상기 제 3 장치 내부의 대향류 열교환기(122)는 마이크로 채널 형태로서 리소그라피(석판기술 : Lithography) 방법으로 제작이 되어 미로 형태를 가지면서 충분한 열교환 면적을 갖게된다.The counter-flow heat exchanger 122 inside the third apparatus is manufactured by lithography (lithography) in the form of microchannels to have a sufficient heat exchange area while having a maze shape.

또한, 상기 대향류 열교환기(122)와 터보 팽창기(126) 사이에는 외부로부터 극저온 냉각기로의 열전달을 최소화하기 위한 진공 단열부(124)가 설치되고, 상기 제 3 장치의 내부에는 기둥 형상을 갖는 진공 단열용 보강체(128)가 종방향으로 다수 설치된다.In addition, between the counterflow heat exchanger 122 and the turbo expander 126, a vacuum insulator 124 for minimizing heat transfer from the outside to the cryogenic cooler is provided, and the third device has a columnar shape. The vacuum insulation reinforcement 128 is provided in a number of longitudinal directions.

한편, 상기 제 1 장치(100)와 제 3 장치(120)의 사이에는 상기 원심 압축기(104)와 대향류 열교환기(122) 사이에서 원심 압축기(104)를 구동하는 모터에 대한 전력 공급과 터보 팽창기(126)에서 재생된 전력을 제어하는 전기회로부가 그 내부에 설치된 제 2 장치가 제공된다.On the other hand, between the first apparatus 100 and the third apparatus 120, the power supply and turbo for the motor driving the centrifugal compressor 104 between the centrifugal compressor 104 and the counterflow heat exchanger 122 There is provided a second device provided therein with an electrical circuit portion for controlling the power regenerated by the expander 126.

상기 3개의 장치(100, 110, 120)는 그 일측 또는 양측면 둘레부가 용접등에 의하여 1 개의 구조물로 연결되었을 때, 그 전체 크기가 대략 2 cm × 10 cm × 1 cm의 소형 부피를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 도면에는 직육면체 형상을 가지나 실린더처럼 둥근 형태의 단면 형상도 가능하다.Preferably, the three devices 100, 110, 120 have a small volume of approximately 2 cm × 10 cm × 1 cm when their one or both side circumferences are connected to one structure by welding or the like. In addition, the figure has a rectangular parallelepiped shape, but a round cross-sectional shape like a cylinder is also possible.

상기 원심 압축기(104)와 터보 팽창기(126)는 그 재질을 단결정 실리콘 또는 복합재료로 하여 단위 밀도당의 강도를 향상시키고, 고속 회전에서 가능한 가스 베어링 기술의 적용으로 마찰에 의한 손실을 줄이며, 단열 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The centrifugal compressor 104 and the turbo expander 126 is made of single crystal silicon or composite material to improve the strength per unit density, reduce the loss due to friction by applying the gas bearing technology that can be used at high speed, and the thermal insulation efficiency It is desirable to be able to increase.

한편 본 실시예에서 구성된 역브레이튼 사이클을 이용한 초소형 극저온 냉각기는 전자소자용으로 사용되는 것으로서 그 크기를 매우 작게 하여야 하기 때문에 원심압축기, 팽창기, 대향류 열교환기는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술 및 LIGA(LIthography Galvanoformung Abfonnung) 기술로 제작하였다.On the other hand, since the ultra-low temperature cryogenic cooler using the reverse braton cycle configured in the present embodiment is used for electronic devices, the size of the micro cryogenic cooler must be very small. LIthography Galvanoformung Abfonnung) technology.

MEMS 기술 및 LIGA 기술에 의하여 제작되는 각 부품들의 제조공정 단계는 다음과 같다. 첫째, 냉매가 이동하는 공간을 설계하여 정교한 광학적인 건판을 뜬 다. 둘째, 실리콘 또는 유리로 이루어진 재질을 부분적으로 식각하기 위하여 첫째 단계에서 준비된 건판을 이용하여 재질을 부분적으로 식각한다. 셋째, 부가적으로 필요한 구성요소를 별도로 제작하여 미세 조립 과정을 수행한다. 넷째, 냉매 및 진공 기밀을 위하여 장치에 덮개 구조를 씌우고 UV 접착제 또는 다른 EPOXY로 밀봉을 하여 완성한다.The manufacturing process steps of each component manufactured by MEMS technology and LIGA technology are as follows. First, a space for the refrigerant to move is designed to create a sophisticated optical plate. Second, in order to partially etch the material made of silicon or glass, the material is partially etched using the dry plate prepared in the first step. Third, additionally fabricate the necessary components separately to perform a fine assembly process. Fourth, the device is covered with a cover structure and sealed with UV adhesive or other EPOXY for refrigerant and vacuum tightness.

본 실시예에서 설계한 기준 압력비는 약 10으로서 1 기압의 질소 가스를 마이크로 원심 압축기(104)에서 10 기압으로 압축하는 것인데, 1 단계의 원심 압축으로 충분하지 않은 경우에는 2단 또는 3단까지의 다단 압축도 가능하도록 전체 냉각기의 두께가 크게(약 1cm) 설계되었으며, 한 압축단의 두께는 현 식각 기술을 고려할 때, 약 2 mm로 하였다.The reference pressure ratio designed in this embodiment is about 10, which is to compress nitrogen gas of 1 atm to 10 atm by the micro centrifugal compressor 104. The total cooler was designed to have a large thickness (about 1 cm) to enable multi-stage compression, and the thickness of one compression stage was about 2 mm, considering current etching technology.

또한, 본 실시예에 따르면 대향류 열교환기(122)와 고압 가스측과 저압 가스측의 두 채널을 나란히 형성시키면서 미로 형태로 구성되었는데, 서로의 열전달 면적이 충분히 확보되고 채널의 폭이 약 1 mm로서, 채널의 벽면 두께가 얇아도(약 0.1 mm 이하) 파열의 위험성이 없는 구조로 되어 있다.In addition, according to the present exemplary embodiment, the counterflow heat exchanger 122 and the high pressure gas side and the low pressure gas side are formed side by side in a maze form, and the heat transfer area of each other is sufficiently secured and the width of the channel is about 1 mm. As a result, even if the wall thickness of the channel is thin (about 0.1 mm or less), there is no risk of rupture.

아래에서는 본 실시예에 따른 전자소자용 극저온 냉각기를 이용하여 상온보다 훨씬 낮은 액체 질소 온도(77 K)에서 전자소자 및 초전도 소자를 냉각, 작동시키는 작용에 대하여 설명하겠다.Hereinafter, the operation of cooling and operating the electronic device and the superconducting device at a liquid nitrogen temperature (77 K) much lower than room temperature using the cryogenic cooler for the electronic device according to the present embodiment will be described.

도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 도입부(102)를 거쳐서 들어오는 전력은 먼저 원심 압축기(104)와 소형 냉각팬(106)을 구동시키고 대향류 열교환기(122) 공간에서 고압과 저압의 가스가 효과적인 열교환을 이루며, 터보 팽창기(126)에서 결국 저온을 형성하게 된다. 이 때 상온보다 낮은 온도 지역은 상기 진공 단열부(124)에 의하여 외부로부터 저온부로의 열전달이 최소화되고, 상기 기둥 형태를 갖는 진공 단열용 보강체(128)에 의하여 가스의 압력차에 의한 응력을 지탱하게 된다.As shown in FIGS. 2A to 3, the incoming power through the power introduction unit 102 first drives the centrifugal compressor 104 and the small cooling fan 106, and the high pressure and low pressure in the counterflow heat exchanger 122 space. The gas achieves effective heat exchange and eventually forms low temperatures in the turbo expander 126. At this time, in the temperature region lower than room temperature, heat transfer from the outside to the low temperature portion is minimized by the vacuum insulation portion 124, and the stress due to the pressure difference of the gas is reduced by the vacuum insulation reinforcement 128 having the pillar shape. Sustained.

한편 상온, 1 기압의 순수 질소 가스가 등온압축 과정을 거쳐 10 기압으로 압축되고(1 -> 2), 상기 대향류 열교환기(122)를 통하여 저압의 질소 가스에 의해 약 150 K까지 냉각이 되며(2 -> 3), 단열팽창 과정(3 -> 4)에 의하여 저온을 형성한다.Meanwhile, pure nitrogen gas at room temperature and 1 atm is compressed to 10 atm through isothermal compression (1-> 2), and is cooled to about 150 K by the nitrogen gas at low pressure through the counterflow heat exchanger 122. (2-> 3), low temperature is formed by the adiabatic expansion process (3-> 4).

이 때 전술한 (1 -> 2) 과정은 실제로 등온 과정이 되기에는 힘들고 효과적인 냉각에 의하여 가능한 최종 압축 과정에서의 가스 온도를 낮추도록 하여야 하고, 충분히 제거되지 못한 압축열은 그 다음 과정의 대향류 열교환 과정(2 -> 3)에서 처리되며, 저압 질소 가스의 가열 과정(4 -> 1)은 사실상 고압의 가스를 상기 대향류 열교환기(122)에서 냉각을 시키고 압축 과정으로 회귀하는 과정이다.At this time, the above-mentioned (1-> 2) process is difficult to become an isothermal process in actuality, and the effective cooling should lower the gas temperature in the final compression process. Processed in the heat exchange process (2-> 3), the heating process of the low pressure nitrogen gas (4-> 1) is the process of cooling the gas of high pressure in the counter-flow heat exchanger 122 and return to the compression process.

본 실시예에 따르면, 0.1g/s의 질소 가스가 작동 유체로 순환할 때, 80 K 영역에서 1 W 정도의 냉각 능력을 제공하도록 설계되어 있는데, 원심 압축된 질소 가스가 상기 대향류 열교환기(122)에서 냉각이 되어, 충분하게 차가와진 질소 가스가 상기 터보 팽창기(126)로 유입되면서 반경 방향의 날개를 회전시키며 엔탈피가 감소하게 된다.According to this embodiment, when 0.1 g / s of nitrogen gas circulates into the working fluid, it is designed to provide a cooling capacity of about 1 W in the 80 K region, where the centrifugally compressed nitrogen gas is supplied to the counterflow heat exchanger ( Cooling at 122 results in a sufficiently cold nitrogen gas entering the turboexpander 126 to rotate the radial vanes and reduce enthalpy.

이 때 터보 팽창기(126)에서 재생되는 일은 터보 팽창기(126)와 한 축으로 연결된 정전기형 발전기에 의하여 흡수되어 팽창 과정을 끝낸 질소 가스의 온도는 매우 낮아지게 된다.At this time, the regeneration of the turbo expander 126 is absorbed by the electrostatic generator that is connected to the turbo expander 126 in one axis, the temperature of the nitrogen gas after the expansion process is very low.

상기 원심 압축기(104)를 구동하는 모터에 대한 전력 공급과 터보 팽창기(126)에서 재생된 전력의 제어는 상기 대향류 열교환기(122)와 원심 압축기(104) 사이에 있는 전기 회로부(112)에서 담당하게 되며, 극저온 냉각기에서 문제시되는 외부로의 열손실을 최소화하기 위하여 냉각기의 가장 저온부인 터보 팽창기(126)는 가장 고온부인 원심 압축기(104)로부터 멀리 함으로써 전도에 의한 열전달을 억제하도록 되어 있다.The power supply to the motor driving the centrifugal compressor 104 and the control of the regenerated power at the turbo expander 126 are controlled by the electrical circuitry 112 between the counterflow heat exchanger 122 and the centrifugal compressor 104. In order to minimize the heat loss to the outside which is a problem in the cryogenic cooler, the turbo expander 126, which is the coldest part of the cooler, is kept away from the centrifugal compressor 104, which is the hottest part, to suppress heat transfer by conduction.

또한, 본 실시예에 따르면, 초기에 작동 유체가 점유하는 냉각기의 총 공간을 진공으로 만들고 순수 질소 가스를 충진하도록 되어 있으며, 이 때에 충진되는 질소 가스의 양은 사실상 냉각기가 정상상태에 도달하여 역 브레이튼 사이클을 형성하였을 때, 고압부와 저압부의 압력 상태를 결정하게 되므로 냉각기의 내부 용적과 제작 경험으로부터 그 충진량을 주의깊게 조절하여야 한다.In addition, according to the present embodiment, the total space of the cooler occupied by the working fluid is initially vacuumed and filled with pure nitrogen gas, and the amount of nitrogen gas charged at this time is virtually reversed when the cooler reaches a steady state. When the Layton cycle is formed, the pressure conditions of the high and low pressure sections are determined, so the filling amount must be carefully controlled from the cooler's internal volume and manufacturing experience.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 극저온을 생성시키는 저온 냉각기의 크기가 종래의 냉각기보다 훨씬 작아지고 그 구성이 간단함으로 인하여 전자소자 및 초전도소자용 극저온 냉각기에 적합하게 응용될 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has an effect that can be suitably applied to the cryogenic cooler for electronic devices and superconducting devices because the size of the cryogenic cooler that generates cryogenic temperature is much smaller and simpler than the conventional cooler.

이상에서 본 발명의 초소형 극저온 냉각기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the ultra-low temperature cryogenic cooler of the present invention has been described with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (6)

일측단에 전력이 인입되는 전력도입부가 설치되고, 그 내부에 상기 전력도입부를 통하여 인입된 전력에 의하여 구동되는 압축기와 소형 냉각팬이 각각 설치되는 제 1 장치;A first device having a power introduction unit configured to receive electric power at one end thereof and having a compressor and a small cooling fan respectively driven therein by the electric power introduced through the electric power introduction unit; 고압과 저압의 가스가 열교환을 이루는 대향류 열교환기와, 저온을 형성하는 팽창기가 각각 그 내부에 설치되는 제 2 장치; 및A second apparatus in which a counterflow heat exchanger in which a gas of high pressure and a low pressure exchange heat and a expander forming a low temperature are respectively installed therein; And 상기 압축기와 대향류 열교환기 사이에서 압축기를 구동하는 모터에 대한 전력을 제어하는 제 3 장치를 포함하며,A third device for controlling power to a motor driving the compressor between the compressor and the counterflow heat exchanger, 상기 압축기, 팽창기, 대향류 열교환기는 MEMS 기술에 의하여 제작되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.The compressor, expander, counterflow heat exchanger is cryogenic cooler, characterized in that produced by MEMS technology. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기, 팽창기, 대향류 열교환기는 냉매가 이동하는 공간을 설계하여 광학적인 건판을 제작하는 제 1 단계, 상기 제 1 단계에서 제작된 건판을 이용하여 식각하는 제 2 단계, 상기 과정에 의하여 제작된 구성요소들을 조립하는 제 3 단계로 제작되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.The method of claim 1, wherein the compressor, the expander, the counter flow heat exchanger is a first step of manufacturing an optical dry plate by designing a space in which the refrigerant moves, a second step of etching using the dry plate produced in the first step, Cryogenic cooler, characterized in that it is manufactured in a third step of assembling the components produced by the above process. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압축기는 다단 압축기인 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.The cryogenic cooler of claim 1, wherein the compressor is a multi-stage compressor. 제 3 항에 있어서, 상기 팽창기는 터보 팽창기인 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.4. The cryogenic cooler of claim 3, wherein the expander is a turbo expander. 제 4 항에 있어서, 상기 터보 팽창기에 의하여 발생한 일을 흡수하여 냉동기의 동력으로 사용하기 위한 전기를 발생시키는 정전기형 발전기를 설치한 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.The cryogenic cooler according to claim 4, wherein an electrostatic generator is provided which absorbs the work generated by the turboexpander and generates electricity for use as a power of the refrigerator. 제 1 항에 있어서, 상기 대향류 열교환기와 상기 팽창기 사이에는 외부로부터 극저온 냉각기로 전달되는 열을 최소화하기 위한 진공 단열부가 설치된 것을 특징으로 하는 극저온 냉각기.The cryogenic cooler of claim 1, wherein a vacuum insulator is installed between the counterflow heat exchanger and the expander to minimize heat transferred from the outside to the cryogenic cooler.
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