KR20030066147A - 쿨러의 피스톤 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 조립체(피스톤과 리니어 모터의 가동자가 결합된 조립체)에 관한 것으로, 이는 일정두께의 중공원통형상으로 형성되어 있으며, 상기 원통 외주면 둘레에 일정크기의 자석이 다수 접착된 마그네트 슬리브와; 상기 마그네트 슬리브 중공홀에 삽입 장착되는 중공원통형상의 피스톤과; 상기 마그네트 슬리브와 상기 피스톤 사이에 위치되도록 상기 피스톤에 압입 고정되며, 상기 마그네트 슬리브와 피스톤을 상호 고정된 조립체 형태로 형성시키기 위해 동종재질의 마그네트 슬리브와 용접 접합되는 중공원판형태의 스테인레스 중공링으로 구성되어 있어, 이에 대한 상기 피스톤과 마그네트 슬리브의 결합 작업성이 종래에 비해 간편해짐과 동시에, 상기와 같이 간편해진 결합 작업성에 의해 제품 생산성이 향상되는 탁월한 효과가 있다.

Description

쿨러의 피스톤 조립체{Piston assembly of Cooler}

본 발명은 피스톤 조립체(피스톤과 리니어 모터의 가동자가 결합된 조립체)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 글러브 박스(Glove Box : 밀폐투명용기) 내에서 작은 볼트나 작은 나사를 이용하여 피스톤과 리니어 모터의 가동자(마그네트 슬리브)를 결합시킨 조립체 대신, 상기 피스톤과 리니어 모터 가동자 사이에 스테인레스 중공링(일명 SUS-Ring)을 압입시켜 상기 동종재질의 리니어 모터 가동자와스테인레스 중공링을 용접시켜 피스톤 조립체를 구성하므로서, 종래에 비해 상기 피스톤과 리니어 모터 가동자의 결합 작업성이 간편해지도록 함과 동시에, 상기와 같이 간편해진 결합 작업성에 의해 제품 생산성이 향상되도록 한 쿨러의 피스톤 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 쿨러는 헬륨 혹은 수소 등의 작동유체가 압축 - 팽창 등의 과정을 통해 냉동출력을 발생시키는 장치로서, 도 1 은 보편화된 쿨러를 개략적으로 보인 것이다.

쿨러(1)는 도 1 에 도시한 바와 같이, 리니어 모터(130)의 전자기적 상호 작용에 의한 피스톤(140)의 직선왕복운동에 의해 냉매가스를 고온 고압상태로 압축시키는 구동부(100)와; 상기 구동부(100)로부터 고온 고압상태로 압축된 냉매가스의 일부 열을 흡수 및 외부로 방열시키는 방열부(200)와; 상기 방열부(200)로부터 일정량의 열이 흡수된 냉매가스가 재생기(330)를 왕복 유동하면서 열역학적 사이클에 의해 극저온화 상태로 변화되는 냉동부(300)로 구성되어 있다.

이 중, 상기 구동부(100)는, 소정의 내부공간을 갖으며, 디스플레이서(310)가 내삽된 내·외측 방열부(210)(220)와 동심을 이루도록 프레임(110)에 결합 고정된 쉘 튜브(120)와; 고정자(Stator)(130a)와 가동자(Armature : 마그네트 슬리브)(130b)로 구성되어 상기 쉘 튜브(120)의 내부에 장착되는 리니어 모터(130)와; 상기 리니어모터(130)의 가동자(130b) 일측단에 고정되어 상기 리어니 모터(130)의 전자기적 상호 작용으로 직선왕복운동을 하는 가동자(130b)와 동일운동을 하는 피스톤(140)과; 상기 내측 방열부(210)와 동심을 이루면서 내삽된 피스톤(140)의 직선왕복운동이 상기 디스플레이서(310)에 수평하게 전달될 수 있도록 상기 프레임(110) 내측 중앙에 결합 고정된 실린더(150)와; 상기 피스톤(140)내에 삽입되는 디스플레이서 로드(320)와 상기 로드(320)와 나선 결합된 디스플레이서(310)의 위치를 상기 피스톤(140) 및 내측 방열부(210)와 동심상태를 이룰 수 있게 상기 디스플레이서 로드(320)의 일측을 고정 지지하는 판스프링(160); 및 고정수단에 의해 상기 판스프링(160)을 고정 지지하는 스프링 지지대(170)로 구성되어 있다. 미 설명 부호 130c 는 리니어 모터(130)의 구성요소인 내측 고정자이다.

상기 방열부(200)는, 피스톤(140)의 직선왕복운동과 수평하게 디스플레이서(310)가 직선왕복운동을 할 수 있게 실린더(150) 및 피스톤(140)과 동심을 이루도록 상기 프레임(110) 전방(前方)에 위치되어 피스톤(140)으로부터 고온 고압상태로 압축된 냉매가스의 열을 흡수하는 내측 방열부(210); 및 상기 내측 방열부(210) 외측 원주면에 고정되어 상기 내측 방열부(210)로부터 전달된 냉매가스의 열을 쿨러(1) 외부로 방열시키는 외측 방열부(220)로 구성되어 있다.

상기 냉동부(300)는, 내측 방열부(210) 내에 삽착되어 상기 피스톤(140)으로부터 가압되는 냉매가스의 압축 및 팽창을 통해 상기 디스플레이서 로드(320) 일측을 고정하고 있는 판스프링(160)의 탄성변형 범위내에서 직선왕복운동을 하는 디스플레이서(310) 및 디스플레이서 로드(320)와; 상기 디스플레이서(310)에 내장되어 상기 피스톤(140)으로부터 가압되어 상기 디스플레이서(310) 내로 압축 유동된 고온 고압상태 냉매가스의 현열을 저장한 다음 팽창된 후, 저온 상태로 되돌아가는 냉매가스에 온도를 보상하여 일정고온상태의 냉매가스로 열전달시키는 재생기(330)와; 상기 디스플레이서(310)가 삽착될 수 있게 중공관 형태로 형성되어 있으며, 상기 디스플레이서(310)에 내장된 재생기(330)를 관통한 냉매가스가 팽창되면서 저온상태로 열 변화되도록 외부와 열교환하는 냉측부(350)가 상기 관 일측 끝단에 결합 고정된 디스플레이서 하우징(340)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 쿨러(1)의 작동관계를 설명하면, 먼저 상기 쿨러(1)의 구성요소인 리니어 모터(130) 즉, 고정자(130a)와 가동자(130b)의 전자기적 상호 작용에 의해 가동자(130b)가 직선운동을 하게 됨과 동시에, 상기 가동자(130b)의 일측단에 고정된 피스톤(140) 역시 상기 가동자(130b)와 동일하게 직선운동을 하면서 압축공간(C)에 충전되어 있는 헬륨 또는 수소의 냉매가스를 압축하게 된다.

이렇게 압축된 냉매가스는, 방열부(200)를 통과하면서 상기 방열부(200)에 의해 일부의 열이 쿨러(1) 외부로 방출되게 되고, 이후 디스플레이서(310)를 관통하여 재생기(330)에 유입되게 되는데, 이 때 디스플레이서(310)의 경우, 상기 압축된 냉매가스의 압력작용에 의해 디스플레이서 로드(320) 일측부가 고정된 판스프링(160)의 탄성변형 범위내까지 팽창공간(P)으로 직선이동을 하면서 상기 판스프링(160)이 냉동부(300) 쪽으로 변형이 이루어지게 된다.

이와 같이 직선 이동된 디스플레이서(310) 내로 유입된 압축 냉매가스는, 상기 디스플레이서(310)에 내장된 재생기(330)를 관통하면서 열에너지가 재생기(330)에 저장되도록 열전도시킨 다음, 상기 디스플레이서(310) 반대쪽의 팽창공간(P)으로 유동되면서 상기 피스톤(140)의 가압력이 감소함에 따라 상기 판스프링(160)의 탄성복원작용에 의해 디스플레이서(310)가 압축공간(C) 측으로 이동되며, 이후 팽창공간(P)으로 유동된 냉매가스가 팽창되면서 그 압력에 의해 상기 디스플레이서(310)는 피스톤(140)과 반대방향으로 직선왕복운동을 하게 되며, 상기와 같은 디스플레이서(310)의 직선왕복운동에 의한 디스플레이서 로드(320)의 압입작용에 따라 상기 판스프링(160)은 냉동부(300) 반대쪽으로 변형이 이루지게 된다.

이후, 팽창공간(P)은 냉매가스의 팽창작용에 의해 극저온 상태로 냉각되게 되고, 상기와 같이 팽창된 저온냉매가스는 다시 재생기(330)를 통과하면서 상기 재생기(330)에 저장된 열에너지를 전달받아 압축공간(C)으로 유입되게 되는데, 이 때 상기 팽창공간(P)에서 작용되던 냉매가스의 팽창력이 감소함에 따라 상기 판스프링(160)의 탄성복원작용에 의해 디스플레이서(310)는 압축공간(C)으로 다시 이동하게 되며, 상기와 같이 압축공간(C)으로 유입된 냉매가스를 피스톤(140)이 다시 압축시키는 반복적인 사이클을 반복하므로서, 쿨러(1)의 냉각작용이 이루어지게 된다.

그러나, 리니어 모터(130)의 전자기적 상호 작용에 의해 고정자(130a) 내에서 직선왕복운동을 하는 가동자(130b) 및 피스톤(140)의 경우, 도 2 에 도시한 바와 같이, 상기 가동자(130b)의 직선왕복운동을 전달받아 피스톤(140)이 상기 가동자(130b)와 동일하게 직선왕복운동을 할 수 있도록 작은 나사나 작은 볼트(142)에 의해 상기 가동자(130b)의 일측 끝단면이 상기 피스톤(140)의 플랜지(141)부분에 결합되어 피스톤 조립체 형태로 형성되어 있지만, 상기와 같은 피스톤 조립체를 구성하기 위해서는 상호 분리되어 있는 가동자(130b)와 피스톤(140)을 글러브 박스(Glove Box : 밀폐투명용기) 내에서 고무장갑을 끼고 상기 작은 나사나 볼트(142)를 이용하여 상기 피스톤(140)의 플랜지(141)부분에 상기 가동자(130b)를 결합 고정시키게 되는데, 이러한 고정방식은 손작업이 불편한 고무장갑을 끼고 좁은 글러브 박스 내에서 다수의 작은 나사나 볼트(142)들을 상기 피스톤(140)의 플랜지(141)부분과 상기 가동자(130b)의 일측 끝단부가 면착된 부분에 형성된 볼트삽입홀(144)에 삽입한 다음, 너트(143)로 일일이 조여 고정시켜야 하기 때문에, 이에 따른 상기 피스톤(140) 및 가동자(130b)의 나사결합작업이 번거롭고 불편함에 대한 작업효율 및 제품 생산성이 크게 저하되게 되는 커다란 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 종래 글러브 박스 내에서 작은 볼트나 작은 나사를 이용하여 상호 결합시켰던 피스톤과 리니어 모터의 가동자 사이에 스테인레스 중공링을 압입시킨 다음, 상기 동종재질의 리니어 모터 가동자(이하, 마그네트 슬리브라 함.)와 스테인레스 중공링을 용접시켜 피스톤 조립체를 구성하므로서, 종래에 비해 상기 피스톤과 마그네트 슬리브의 결합 작업성이 간편해지도록 함과 동시에, 상기와 같이 간편해진 결합 작업성에 의해 제품 생산성이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은, 종래 마그네트 슬리브와 결합되는 플랜지부가 제거된 피스톤과, 상기 피스톤에 압입되는 스테인레스 중공링과, 상기 피스톤에 압입된 중공링과 용접 결합되어 피스톤 조립체를 구성하는 마그네트 슬리브로 구성된 본 발명의 피스톤 조립체에 의해 해결될 수 있는 바, 이하 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1 은 종래 쿨러의 개략적 구성도.

도 2 는 종래 피스톤 조립체의 결합 단면도.

도 3 은 본 발명의 피스톤 조립체의 분해 사시도.

도 4 는 본 발명의 피스톤 조립체의 결합 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10. 피스톤 조립체 20. 마그네트 슬리브 21. 자석(마그네트)

22. 절곡부 30. 피스톤 40. 스테인레스 중공링

50. 용접부

도 3 은 본 발명의 피스톤 조립체의 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 4 는 본 발명의 피스톤 조립체의 결합 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 피스톤 조립체(10)는, 일정두께의 중공원통형상으로 형성되어 있으며, 상기 원통 외주면 둘레에 일정크기의 자석(21)이 다수 접착된 마그네트 슬리브(20)와;

상기 마그네트 슬리브(20) 중공홀에 삽입 장착되는 중공원통형상의 피스톤(30)과;

상기 마그네트 슬리브(20)와 상기 피스톤(30) 사이에 위치되도록 상기 피스톤(30)에 압입 고정되며, 상기 마그네트 슬리브(20)와 피스톤(30)을 상호 고정된 조립체 형태로 형성시키기 위해 동종재질의 마그네트 슬리브(20)와 용접 접합되는 중공원판형태의 스테인레스 중공링(40)으로 구성되어 있다.

미 설명 부호 50 은 용접부이다.

이하, 본 발명의 피스톤 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 피스톤 조립체(10)는, 도 1 및 도 2 에 도시된 종래 피스톤 조립체의 경우, 작은 나사나 볼트(142)를 이용하여 피스톤(140)과 마그네트슬리브(130b)를 고정 결합시키는데에 따른 조립 작업성의 번거로움과 불편함 때문에, 종래와 같은 작은 나사나 볼트를 이용하여 피스톤(140)과 마그네트 슬리브(130b)를 고정시키는 방식 대신, 도 3 에 도시한 바와 같이, 중공원통형상으로 형성된 마그네트 슬리브(20)와 상기 슬리브(20) 중공홀에 삽입 장착된 피스톤(30) 사이에 스테인레스 중공링(40)을 압입시킨 다음, 상호 동종재질로 형성된 상기 마그네트 슬리브(20)와 상기 스테인레스 중공링(40)을 용접 접합시켜 상기 피스톤(30)과 마그네트 슬리브(20)가 하나의 조립체 형태로 형성시킨 것이다.

이에 대한 구성 중 상기 마그네트 슬리브(20)는, 도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이, 스테인레스 재질의 중공원통형상으로 형성되어 있고, 이중 상기 원통의 일측 끝단엔 상기 슬리브(20) 외향으로 90°절곡된 절곡부(22)가 형성되어 있으며, 상기 마그네트 슬리브(20) 외주면 둘레엔 일정곡률의 곡면형태로 형성된 다수의 자석(21)이 일정간격으로 접착된 구조이다. 이 때 다수의 자석(21)은 상기 슬리브(20) 끝단에 형성된 절곡부(22)를 기준으로 하여 상기 절곡부(22)에 자석(21)의 일측면이 면착되면서 상기 마그네트 슬리브(20)의 외주면 둘레에 접착 고정된 것이다.

상기 피스톤(30)은, 도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이, 도 1 및 도 2 에 도시된 종래 피스톤(140)의 플랜지부(141)를 제거한 알루미늄 재질의 중공원통형상으로 형성되어 있으며, 상기 마그네트 슬리브(20)의 길이보다 다소 길게 형성된 구조이다.

상기 스테인레스 중공링(40)은, 도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(30)과 마그네트 슬리브(20) 사이에 위치되도록 상기 피스톤(30)에 압입 고정된 상태에서 상기 마그네트 슬리브(20)와 용접 접합되어 상기 피스톤(30)과 상기 마그네트 슬리브(20)가 상호 고정될 수 있도록 상기 마그네트 슬리브(20)의 재질과 동일한 스테인레스 재질로 형성되어 있으며, 상기 피스톤(30)과 상기 마그네트 슬리브(20) 사이에 압입될 수 있도록 전체형상이 중공원판형태로 형성된 구조이다.

상기와 같이 구성된 세부요소들을 결합하여 본 발명의 피스톤 조립체(10)로 형성하는 결합과정을 상세히 설명한다.

우선, 중공원통형상의 피스톤(30)에 이종재료인 스테인레스 중공링(40)을 억지끼워맞춤 방식으로 압입시킨 다음, 상기 중공링(40)이 압입 고정된 피스톤(30)을 마그네트 슬리브(20)의 중공홀에 삽착시키고, 상기와 같이 삽착된 상기 중공링(40)의 외주면과 상기 마그네트 슬리브(20)의 타측 끝단면 즉, 슬리브(20) 절곡부(21)가 형성된 반대면을 상호 면착시킨 다음, 동종재질인 마그네트 슬리브(20)와 상기 스테인레스 중공링(40)의 면착부분을 용접하므로서, 도 4 에 도시한 바와 같이, 상기 마그네트 슬리브(20)와 상기 스테인레스 중공링(40)이 완전히 접합되게 되어 이에 따른 상기 피스톤(30)과 마그네트 슬리브(20)가 하나의 조립체 형태로 형성되게 된다.

이상과 같이 구성된 쿨러의 구성요소인 피스톤 조립체(10)의 작용은, 전술한 종래 기술의 피스톤 조립체 작용과정과 동일하기 때문에 이에 대한 중복설명은 생략한다.

본 발명의 피스톤 조립체는, 종래 글러브 박스 내에서 작은 볼트나 작은 나사를 이용하여 상호 결합시켰던 피스톤과 마그네트 슬리브 사이에 스테인레스 중공링을 압입시킨 다음, 상기 동종재질의 마그네트 슬리브와 스테인레스 중공링을 용접시켜 피스톤 조립체를 구성하므로서, 이에 대한 상기 피스톤과 마그네트 슬리브의 결합 작업성이 종래에 비해 간편해짐과 동시에, 상기와 같이 간편해진 결합 작업성에 의해 제품 생산성이 향상되는 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 일정두께의 중공원통형상으로 형성되어 있으며, 상기 원통 외주면 둘레에 일정크기의 자석이 다수 접착된 마그네트 슬리브와;

   상기 마그네트 슬리브 중공홀에 삽입 장착되는 중공원통형상의 피스톤과;

   상기 마그네트 슬리브와 상기 피스톤 사이에 위치되도록 상기 피스톤에 압입 고정되며, 상기 마그네트 슬리브와 피스톤을 상호 고정된 조립체 형태로 형성시키기 위해 동종재질의 마그네트 슬리브와 용접 접합되는 중공원판형태의 스테인레스 중공링으로 구성된 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.