KR20110097066A - Cooler - Google Patents

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KR20110097066A
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박성운
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 극저온 냉동기는 압축공간을 형성하는 원통 형상의 실린더; 실린더의 축방향으로 연통된 디스플레이서 하우징; 실린더 내측에서 축방향으로 왕복 직선 운동하는 피스톤; 피스톤 중심과 디스플레이서 하우징 내측에 위치하고, 피스톤과 반대 방향으로 연동하는 디스플레이서; 디스플레이서 하우징의 내/외측을 관통하도록 디스플레이서 하우징에 가공된 복수개의 통공; 그리고, 통공들을 포함하도록 디스플레이서 하우징 내주면에 구비된 홈부;를 포함하기 때문에 상대적으로 두께가 얇은 부분에 통공이 가공함에 따라 발생되는 버의 량을 줄일 수 있고, 가공에 의해 버가 발생되더라도 디스플레이서 하우징 내측의 홈부에 수용되기 때문에 버를 제거하기 위한 정밀 작업을 하지 않아도 됨에 따라 손쉽게 버를 제거할 수 있다.The cryogenic freezer according to the present invention is a cylindrical cylinder that forms a compression space; A displacer housing in axial communication with the cylinder; A piston reciprocating linearly in the axial direction inside the cylinder; A displacer located inside the piston center and the displacer housing and interlocked in a direction opposite to the piston; A plurality of through holes processed in the displacer housing to penetrate the inside and the outside of the displacer housing; And, since the groove portion provided on the inner peripheral surface of the displacer housing to include the through holes; it can reduce the amount of burrs generated as the through holes are processed in a relatively thin portion, even if the burrs are generated by processing Since it is accommodated in the groove inside the housing, it is possible to remove the burr easily, as it is not necessary to precisely remove the burr.

Description

극저온 냉동기 {COOLER}Cryogenic Freezers {COOLER}

본 발명은 극저온 냉동기에 관한 것으로서, 특히 디스플레이서 하우징에 통공을 가공함에 따라 버가 발생되더라도 버를 용이하게 처리할 수 있는 극저온 냉동기에 관한 것이다.
The present invention relates to a cryogenic freezer, and more particularly, to a cryogenic freezer capable of easily processing a burr even when burrs are generated by processing holes in the displacer housing.

일반적으로 극저온 냉동기는 소형 전자부품 또는 초전도체 등을 냉각하기 위하여 사용되는 저진동 고신뢰성의 냉동기로서, 헬륨 혹은 수소 등의 작동유체가 압축 및 팽창 등의 과정을 통해 냉동출력을 발생시키며, 대표적으로 스터링 냉동기(Stirling refrigerator)와 지엠 냉동기(GM refrigerator) 또는 줄-톰슨 냉동기(Joule-Thomson refrigerator) 등이 널리 알려져 있다. 이러한 냉동기들은 고속 운전시 그 신뢰성이 저하되는 것은 물론 운전시 마찰부위의 마모에 대비하여 별도의 윤활을 실시해야 하는 문제점이 있다. 따라서, 고속 운전에서도 신뢰성이 유지될 뿐 아니라 별도의 윤활이 필요 없이 장기간 보수하지 않아도 되는 극저온 냉동기가 요구되고 있으며, 최근에는 고압의 작동유체가 일종의 베어링 역할을 하여 부품들 사이의 마찰을 저감시키는 무윤활 극저온 냉동기가 적용되고 있다.In general, the cryogenic freezer is a low vibration high reliability freezer used to cool small electronic parts or superconductors, and a working fluid such as helium or hydrogen generates a freezing output through a process of compression and expansion. Stirling refrigerators, GM refrigerators or Joule-Thomson refrigerators are widely known. These refrigerators have a problem in that their lubrication is deteriorated during high-speed operation as well as a separate lubrication for the wear of the friction portion during operation. Therefore, there is a need for a cryogenic freezer that maintains reliability even at high speeds and does not require long-term maintenance without additional lubrication. In recent years, a high-pressure working fluid acts as a kind of bearing to reduce friction between components. Lubricated cryogenic freezers are being applied.

이와 같은 극저온 냉동기는 냉매를 압축공간에서 압축하면서 펌핑시키고, 방열 및 재생 과정을 거친 다음, 팽창공간에서 팽창시키면, 주변과 열교환 작용을 통하여 주변 온도를 극저온 상태를 유지하도록 구성된다. 이때, 압축공간을 형성하기 위하여 원통 형상의 실린더 및 이와 연통된 디스플레이서 하우징이 구비되고, 실린더 및 디스플레이서 하우징 내측에는 피스톤 및 디스플레이서가 왕복 직선 운동 가능하게 설치된다. 물론, 압축공간에서 압축된 냉매가 소정의 유로 즉, 압축공간인 실린더 내부, 실린더 외부 및 디스플레이서 하우징 외부, 디스플레이서 내부를 따라 유동하게 되는데, 이를 위하여 실린더에는 내/외측을 연통시키는 통공들이 축방향으로 관통하도록 구비되고, 디스플레이서 하우징에도 내/외측을 연통시키는 통공들이 반경 방향으로 관통하도록 구비된다.The cryogenic refrigerator is pumped while compressing the refrigerant in a compression space, undergoes a heat dissipation and regeneration process, and then expands in the expansion space, and is configured to maintain the cryogenic temperature through heat exchange with the surroundings. At this time, a cylindrical cylinder and a displacer housing communicating with the cylindrical shape are provided to form a compression space, and the piston and the displacer are installed inside the cylinder and the displacer housing so as to reciprocate linearly. Of course, the refrigerant compressed in the compression space flows along a predetermined flow path, that is, inside the cylinder which is the compression space, outside the cylinder and the displacer housing, and the inside of the displacer. It is provided to penetrate in the direction, the through-hole through which the inner / outer communication also in the displacer housing is provided to penetrate in the radial direction.

그런데, 종래의 극저온 냉동기는 실린더와 같이 일체로 원통 형상의 디스플레이서 하우징을 주물 제작한 다음, 디스플레이서 하우징 외주면에 복수개의 통공을 가공하여 형성시키기 때문에 가공 시에 발생되는 버(burr)가 디스플레이서 하우징 내주면에 남을 뿐 아니라 버를 완전히 제거하기 위하여 정밀한 공정이 요구되는 문제점이 있다.However, since the conventional cryogenic freezer manufactures a cylindrical displacer housing integrally like a cylinder, and then forms a plurality of holes on the outer circumferential surface of the displacer housing, burrs generated during processing are displaced. In addition to remaining on the inner peripheral surface of the housing there is a problem that a precise process is required to completely remove the burr.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디스플레이서 하우징에 통공을 가공함에 따라 발생되는 버를 용이하게 처리할 수 있는 극저온 냉동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a cryogenic freezer that can easily handle the burrs generated by processing the through hole in the displacer housing.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 극저온 냉동기는 압축공간을 형성하는 원통 형상의 실린더; 실린더의 축방향으로 연통된 디스플레이서 하우징; 실린더 내측에서 축방향으로 왕복 직선 운동하는 피스톤; 피스톤 중심과 디스플레이서 하우징 내측에 위치하고, 피스톤과 반대 방향으로 연동하는 디스플레이서; 디스플레이서 하우징의 내/외측을 관통하도록 디스플레이서 하우징에 가공된 복수개의 통공; 그리고, 통공들을 포함하도록 디스플레이서 하우징 내주면에 구비된 홈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Cryogenic freezer according to the present invention for solving the above problems is a cylindrical cylinder to form a compression space; A displacer housing in axial communication with the cylinder; A piston reciprocating linearly in the axial direction inside the cylinder; A displacer located inside the piston center and the displacer housing and interlocked in a direction opposite to the piston; A plurality of through holes processed in the displacer housing to penetrate the inside and the outside of the displacer housing; And a groove provided on the inner circumferential surface of the displacer housing so as to include the through holes.

또한, 본 발명에서, 통공들은 디스플레이서 하우징의 원주 방향으로 간격을 두고 배열되고, 홈부는 링 형상의 홈인 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, the through holes are arranged at intervals in the circumferential direction of the displacer housing, the groove portion is characterized in that the ring-shaped groove.

또한, 본 발명에서, 통공은 디스플레이서 하우징의 원주 방향으로 길게 형성된 슬롯인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the through hole is characterized in that the slot is formed long in the circumferential direction of the displacer housing.

또한, 본 발명에서, 디스플레이서는 피스톤의 중심에 맞물리는 디스플레이서 로드와, 디스플레이서 하우징 내주면에 위치하여 내/외측을 관통하는 통공 및 이를 포함하도록 외주면에 구비된 홈부가 구비된 디스플레이서 바디를 포함하고, 디스플레이서가 왕복 직선 운동하더라도 디스플레이서 하우징의 홈부는 디스플레이서 바디의 홈부 내측에 수용되는 것을 특징으로 한다.
In addition, in the present invention, the displacer includes a displacer rod having a displacer rod engaged with the center of the piston, a through-hole disposed on the inner circumferential surface of the displacer housing and having a groove provided on the outer circumferential surface to include the same; The groove of the displacer housing may be accommodated inside the groove of the displacer body even if the displacer moves in a reciprocating linear motion.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 극저온 냉동기는 원통 형상의 디스플레이서 하우징에 반경 방향으로 관통하도록 통공들을 가공함에 따라 버가 발생되더라도 디스플레이서 하우징 내측에 구비된 홈 형태의 홈부에 수용되기 때문에 버가 발생되더라도 버의 발생을 줄일 수 있고, 버를 정밀하게 제거하지 않더라도 무방하기 때문에 버를 손쉽게 제거할 수 있는 이점이 있다.
The cryogenic freezer according to the present invention configured as described above has a burr because it is accommodated in a groove-shaped groove provided inside the displacer housing even if a burr is generated by processing the through holes to radially penetrate the cylindrical displacer housing. Even if it is generated, it is possible to reduce the occurrence of the burr, and because it is possible to remove the burr without precision, there is an advantage that can easily remove the burr.

도 1은 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 일예가 도시된 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 일예가 도시된 측단면 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 일예가 도시된 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 고정부재 일예가 도시된 측단면도.
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 고정부재에 디스플레이서 장착된 일예가 도시된 측단면도.
1 is a side view showing an example of a cryogenic freezer according to the present invention.
Figure 2 is a side cross-sectional perspective view showing an example of the cryogenic freezer according to the present invention.
Figure 3 is a side cross-sectional view showing an example of the cryogenic freezer according to the present invention.
Figure 4 is a side cross-sectional view showing an example of a fixing member of the cryogenic freezer according to the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4.
Figure 6 is a side cross-sectional view showing an example mounted on the fixing member of the cryogenic freezer according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 일예가 도시된 도면이다.1 to 3 is a view showing an example of the cryogenic freezer according to the present invention.

본 발명에 따른 극저온 냉동기의 일예는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 외관을 형성하는 케이스(case : 10)와, 케이스(10) 내에 고정되어 소정 공간을 형성하는 고정부재(20)와, 고정부재(20) 내의 압축공간(C)에서 축방향으로 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축 및 팽창시키는 가동부재(30)와, 케이스(10)와 고정부재(20) 사이에 설치되어 가동부재(30)를 구동시키는 리니어 모터(linear motor : 40)와, 가동부재(30)의 축방향에 결합되어 서로 반대 방향으로 유동되는 냉매 사이에 등적 재생이 이뤄지는 재생기(50)와, 고정부재(20)와 가동부재(30) 및 재생기(50) 주변에 장착되어 압축되는 냉매의 열을 외부로 방열시키는 방열부(60)와, 재생기(50)의 축방향에 팽창공간(E)을 형성하도록 결합되어 팽창되는 냉매가 외부의 열을 흡열하는 냉각부(70)로 이루어진다.One example of the cryogenic freezer according to the present invention is a case (10) to form an external appearance, as shown in Figures 1 to 3, the fixing member 20 is fixed in the case 10 to form a predetermined space, The movable member 30 is installed between the case 10 and the fixed member 20 to compress and expand the refrigerant while reciprocating linear movement in the compression space C in the fixed member 20 in the axial direction. A linear motor 40 driving the linear motor 40, a regenerator 50 coupled to the axial direction of the movable member 30, and a regenerator 50 which is equally regenerated between the refrigerant flowing in opposite directions. The radiating unit 60, which radiates heat of the refrigerant compressed and compressed around the movable member 30 and the regenerator 50 to the outside, is combined to form an expansion space E in the axial direction of the regenerator 50, and expands. The refrigerant is made up of a cooling unit 70 for absorbing external heat.

케이스(10)는 재생기(50)와 방열부(60) 및 냉각부(70)와 동심을 이루는 프레임(frame : 11)과, 프레임(11)의 축방향에 연결 고정된 원통형의 쉘 튜브(shell tube : 12)를 포함한다. 프레임(11) 중 고정부재(20)가 볼트 체결되는 부분은 쉘 튜브(12)보다 직경이 작더라도 두께가 두껍게 형성되는데, 프레임(11) 중 방열부(60)가 장착되는 부분은 열교환 효율을 높이기 위하여 두께가 보다 얇게 형성된다. 쉘 튜브(12)에는 소정의 관(13)이 구비되는데, 케이스(10)의 내부가 거의 100% 가까운 진공 상태를 유지한 다음, 순정의 He 가스와 같은 냉매를 주입하기 때문에 진공 상태를 형성하기 위하여 공기를 빼주거나, 냉매를 주입하기 위한 관(13)이 구비된다. 그 외에도, 쉘 튜브(12)에는 리니어 모터(40)로 공급되는 전원을 공급하기 위한 전원 단자(14)가 구비된다.The case 10 includes a frame concentric with the regenerator 50, the heat dissipation unit 60, and the cooling unit 70, and a cylindrical shell tube fixed to the axial direction of the frame 11. tube: 12). The portion of the frame 11 to which the fixing member 20 is bolted is formed to have a thicker thickness than the shell tube 12 even though the diameter is smaller than that of the shell tube 12. To increase the thickness is formed thinner. The shell tube 12 is provided with a predetermined tube 13, and the inside of the case 10 maintains a vacuum state close to 100%, and then injects a refrigerant such as genuine He gas to form a vacuum state. In order to bleed air or to inject a refrigerant 13 is provided. In addition, the shell tube 12 is provided with a power supply terminal 14 for supplying power supplied to the linear motor 40.

고정부재(20)는 프레임(11)에 고정되는 동시에 쉘 튜브(12) 내측까지 연장된 실린더(cylinder : 21)와, 프레임(11) 내측에 맞물리도록 실린더(21)로부터 확장된 디스플레이서 하우징(displacer housing : 22)을 포함한다. 실린더(21)와 디스플레이서 하우징(22)은 단차진 원통 형상으로 형성되는데, 실린더(21)보다 디스플레이서 하우징(22)의 직경이 더 작게 형성되고, 실린더(21)의 외주면에 확장된 연결 부분이 프레임(11)에 볼트 고정된다. 이때, 실린더(21)와 디스플레이서 하우징(22)은 내부에 냉매가 압축되는 압축공간(C)을 형성하게 되는데, 방열부(60) 내측과 연통되는 통공(21h,22h)이 각각 구비된다.The fixing member 20 is fixed to the frame 11 and extends from the cylinder 21 to the inside of the shell tube 12 and the displacer housing extending from the cylinder 21 to engage the inside of the frame 11. displacer housing (22). The cylinder 21 and the displacer housing 22 are formed in a stepped cylindrical shape. The diameter of the displacer housing 22 is smaller than that of the cylinder 21, and the connecting portion is extended on the outer circumferential surface of the cylinder 21. This frame 11 is bolted. At this time, the cylinder 21 and the displacer housing 22 form a compression space C in which the refrigerant is compressed. The through holes 21h and 22h communicate with the inside of the heat dissipation unit 60, respectively.

가동부재(30)는 실린더(21) 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(piston : 31)과, 디스플레이서 하우징(22) 내부에서 피스톤(31)과 연동하여 왕복 직선 운동하는 디스플레이서(displacer : 32)를 포함한다. 피스톤(31)은 실린더(21) 내주면에 간극을 두고 설치된 피스톤 바디(piston body : 311)와, 피스톤 바디(311) 내측에 설치된 피스톤 플러그(piston plug : 312)로 이루어진다. 디스플레이서(32)는 피스톤 플러그(312) 중심을 관통하는 동시에 케이스(10)에 고정된 판 스프링(S)에 의해 완충 가능하게 지지된 디스플레이서 로드(displacer rod : 321)과, 디스플레이서 하우징(22)에 내장된 디스플레이서 로드(321)의 단부인 디스플레이서 바디(321a)에 축방향으로 수용/결합되어 냉매가 유동되는 소정의 공간을 형성하는 디스플레이서 커버(displacer cover : 322)로 구성되는데, 피스톤(31)과 디스플레이서 바디(321a) 사이에 압축공간(C)이 형성된다. 이때, 디스플레이서 바디(321a)는 단면이 'U' 자 형상으로 형성되는 동시에 방열부(60) 내측과 연통되는 제1,2통공(321h,321H)이 구비되고, 디스플레이서 커버(322)는 재생기(50)와 연통되는 흡입구(미도시)에 압력차에 의해 개폐되는 디스플레이서 밸브(323)가 구비될 뿐 아니라 디스플레이서 바디(321a) 내측과 연통되는 통공(322H)이 구비된다.The movable member 30 includes a piston 31 reciprocating linearly in the cylinder 21 and a displacer 32 reciprocating linearly in conjunction with the piston 31 in the displacer housing 22. It includes. The piston 31 includes a piston body 311 provided with a gap on the inner circumferential surface of the cylinder 21, and a piston plug 312 provided inside the piston body 311. The displacer 32 includes a displacer rod 321 which is pierced through the center of the piston plug 312 and is bufferably supported by the leaf spring S fixed to the case 10, and the displacer housing ( It is composed of a displacer cover (322) to form a predetermined space in which the refrigerant flows by being accommodated / coupled to the displacer body (321a), which is an end of the displacer rod 321 embedded in the 22). A compression space C is formed between the piston 31 and the displacer body 321a. At this time, the displacer body 321a is formed with a U-shaped cross section and is provided with first and second through holes 321h and 321H communicating with the inside of the heat dissipation unit 60. In addition to the displacer valve 323 opened and closed by a pressure difference, a suction hole (not shown) communicating with the regenerator 50 is provided with a through hole 322H communicating with the inside of the displacer body 321a.

한편, 가동부재(30)가 왕복 직선 운동하기 때문에 판 스프링(S) 이외에도 서로 마찰되는 부품들을 윤활할 수 있는 가스 베어링이 적용되는데, 다음과 같이 구성될 수 있다. 압축공간(C)의 냉매가 유입될 수 있도록 피스톤 플러그(312)의 축 방향으로 구비된 유로(312a)를 비롯하여 이와 연통되도록 피스톤 플러그(312)의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성된 복수개의 저장홈(312b)이 구비되고, 피스톤 플러그(312)의 저장홈(312b)에 저장된 냉매를 피스톤 바디(311)와 실린더(21) 사이의 공간으로 공급하도록 피스톤 바디(311)의 반경 방향으로 관통된 복수개의 홀(311h)이 구비되며, 피스톤 플러그(312)의 저장홈(312b)에 저장된 냉매를 피스톤 플러그(312)와 디스플레이서 로드(321) 사이의 공간으로 공급하도록 피스톤 플러그(312)의 반경 방향으로 관통된 복수개의 홀(312h)이 구비된다. 물론, 피스톤 플러그(312)의 저장홈(312b)에 저장된 냉매를 피스톤 바디(311)의 홀(311h) 또는 피스톤 플러그(312)의 홀(312h)로 안내하기 위하여 피스톤 플러그(312)의 외주면에는 원주 방향 또는 축 방향으로 다양한 형태의 그루브(미도시)가 구비된다.On the other hand, since the movable member 30 is a reciprocating linear motion, in addition to the leaf spring (S), a gas bearing capable of lubricating the components friction with each other is applied, it can be configured as follows. A plurality of storage grooves formed in the circumferential direction along the outer circumferential surface of the piston plug 312 to communicate with the flow path 312a provided in the axial direction of the piston plug 312 so that the refrigerant in the compression space (C) ( 312b is provided, and a plurality of radially penetrating the piston body 311 to supply the refrigerant stored in the storage groove 312b of the piston plug 312 into the space between the piston body 311 and the cylinder 21 The hole 311h is provided and radially of the piston plug 312 to supply the refrigerant stored in the storage groove 312b of the piston plug 312 into the space between the piston plug 312 and the displacer rod 321. A plurality of through holes 312h are provided. Of course, in order to guide the refrigerant stored in the storage groove 312b of the piston plug 312 to the hole 311h of the piston body 311 or the hole 312h of the piston plug 312, the outer peripheral surface of the piston plug 312 Various types of grooves (not shown) are provided in the circumferential direction or the axial direction.

리니어 모터(40)는 실린더(21) 외주면에 고정된 원통형 이너스테이터(inner stator : 41)와, 이너스테이터(41) 외측에 일정 간격을 유지하도록 쉘 튜브(12) 내주면에 고정된 원통형 아우터스테이터(outer stator : 42)와, 이너스테이터(41)와 아우터스테이터(42) 사이에 간극을 유지하도록 피스톤 바디(311)와 연결된 영구자석(permanent magnet : 43)을 포함한다. 물론, 아우터스테이터(42)는 코일 권선체(411)에 복수개의 코어 블록(sore black : 412)이 장착되는데, 코일 권선체(411)는 케이스(10) 측의 전원 단자(14)와 연결된다.The linear motor 40 includes a cylindrical inner stator 41 fixed to the outer circumferential surface of the cylinder 21, and a cylindrical outer stator fixed to the inner circumferential surface of the shell tube 12 so as to maintain a constant distance outside the inner stator 41. an outer stator 42 and a permanent magnet 43 connected to the piston body 311 so as to maintain a gap between the inner stator 41 and the outer stator 42. Of course, the outer stator 42 has a plurality of core blocks 412 mounted on the coil winding 411, and the coil winding 411 is connected to the power supply terminal 14 on the case 10 side. .

재생기(50)는 디스플레이서 하우징(321a)에 결합된 원통 형상의 재생 하우징(51)과, 디스플레이서 하우징(321a) 일부 및 재생 하우징(51) 내측에 삽입되는 축열재(52)와, 재생 하우징(51) 단부를 덮어주도록 부착된 앤드 캡(end cap : 53)으로 이루어지는데, 냉매가 축열재(52)와 엔드 캡(53)을 통과할 수 있도록 구성된다. 축열재(52)는 냉매가스와 접하여 열교환하면서 에너지를 받아 축적하였다가 되돌려주는 역할을 하기 때문에 열교환 면적 및 비열이 클 뿐 아니라 열전도 계수가 작으며, 균일한 통기성을 가진 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 일예로 미세한 실이 뭉쳐진 형태로 구성될 수 있다. The regenerator 50 includes a cylindrical regeneration housing 51 coupled to the displacer housing 321a, a heat storage material 52 inserted into a portion of the displacer housing 321a and the regeneration housing 51, and a regeneration housing. (51) It consists of an end cap (53) attached to cover the end part, and is comprised so that a refrigerant | coolant can pass through the heat storage material 52 and the end cap 53. As shown in FIG. The heat storage material 52 receives and accumulates and returns energy during heat exchange with the refrigerant gas, and thus, the heat storage material 52 has a large heat exchange area and specific heat, a small thermal conductivity coefficient, and is preferably made of a material having uniform breathability. For example, it may be configured in a form in which fine threads are aggregated.

방열부(60)는 원통 형태의 베이스(61) 및 이에 원주 방향으로 촘촘하게 나열된 판 형태의 핀(62)으로 구성되는데, 열전달 효율이 높은 구리 등과 같은 금속 재질로 형성된다. The heat dissipation unit 60 is composed of a cylindrical base 61 and a plate-like fin 62 arranged densely in the circumferential direction thereof, and is formed of a metal material such as copper having high heat transfer efficiency.

냉각부(70)는 앤드 캡(53)과 사이에 팽창공간(E)을 형성하도록 재생기(50) 단부에 장착되는데, 열교환 작용을 통하여 극저온을 유지하게 된다. 물론, 냉각부(70)는 내부의 냉매와 외부의 공기 사이에 열교환 작용을 위하여 보다 넓은 표면적을 형성하도록 구성될 수 있다.The cooling unit 70 is mounted at the end of the regenerator 50 to form an expansion space E between the end cap 53 and maintains the cryogenic temperature through a heat exchange action. Of course, the cooling unit 70 may be configured to form a larger surface area for heat exchange between the refrigerant inside and the outside air.

그 외에도, 미도시된 도면 부호 80은 패시브 밸런서(passive balancer)를 나타내는데, 극저온 냉동기의 작동 시에 발생되는 진동을 저감시킨다.In addition, reference numeral 80, which is not shown, denotes a passive balancer, which reduces vibrations generated during operation of the cryogenic freezer.

상기와 같이 구성된 극저온 냉동기의 작동을 살펴보면, 다음과 같다.Looking at the operation of the cryogenic freezer configured as described above, as follows.

먼저, 전원 단자(14)를 통하여 전류가 아우터스테이터(42)로 공급되면, 이너스테이터(41)와 아우터스테이터(42) 및 영구자석(43) 사이에 상호 전자기력이 발생되고, 이러한 전자기력에 의해 영구자석(43)이 왕복 직선 운동하게 된다. 이때, 영구자석(43)이 피스톤 바디(311) 및 이와 맞물린 피스톤 플러그(312)와 연결되기 때문에 영구자석(43)과 함께 피스톤(31)이 왕복 직선 운동하게 된다. 따라서, 실린더(21) 내부에서 피스톤(31)이 왕복 직선 운동하면, 관성력에 의해 디스플레이서(32)가 피스톤(31)의 움직임에 대해 반대 방향으로 움직이는 동시에 판 스프링(S)에 의해 탄성 지지된다. First, when a current is supplied to the outer stator 42 through the power supply terminal 14, mutual electromagnetic force is generated between the inner stator 41, the outer stator 42, and the permanent magnet 43, and the permanent force is generated by the electromagnetic force. The magnet 43 is reciprocated linearly. At this time, since the permanent magnet 43 is connected to the piston body 311 and the piston plug 312 engaged therewith, the piston 31 moves reciprocally linearly with the permanent magnet 43. Therefore, when the piston 31 reciprocates linearly in the cylinder 21, the displacer 32 moves in the opposite direction to the movement of the piston 31 by the inertial force and is elastically supported by the leaf spring S. .

따라서, 피스톤(31)과 디스플레이서(32)의 왕복 직선 운동에 의해 실린더(21) 내부의 압축공간(C)에 냉매가 압축되는 동시에 실린더(21)의 통공(21h)을 통과하여 프레임(12) 내측을 지나면서 방열부(60)에 의해 방열되는 등온압축과정을 거치게 된다. 이후, 등온압축과정을 거친 냉매는 디스플레이서 하우징(22)의 통공(22h) 및 디스플레이서 바디(321a)의 제1통공(321h)을 통하여 재생기(50) 내부를 유입되고, 서로 반대 방향으로 유동되는 냉매와 열교환 작용을 하면서 등적재생과정을 거치게 된다. 이후, 등적재생과정을 거친 냉매는 팽창공간(E)으로 빠져나와서 팽창되는 동시에 냉각부(70)에서 외부 공기를 냉각시키는 등온팽창과정을 거치게 된다. 이후, 등온팽창과정을 거친 냉매는 다시 재생기(50) 내부로 유입된 다음, 상기에서 설명한 바와 같이 반대 방향으로 유동되는 냉매에 의해 재생되는 등적재생과정을 거친다. 이때, 디스플레이서 커버(322)에 구비된 흡입구 및 디스플레이서 밸브(323)를 통하여 디스플레이서 바디(321a) 및 디스플레이서 커버(322) 내부를 지난 다음, 냉매는 디스플레이서 커버(322)의 통공(322H)과 디스플레이서 바디(321a)의 제2통공(321H)을 통하여 다시 압축공간(C)으로 유입된다. 물론, 리니어 모터(40)가 작동되는 동안 상기와 같은 등온압축과정, 등적재생과정, 등온팽창과정, 등적재생과정을 순차적으로 반복하고, 냉각부(70)에서 극저온 냉각이 이뤄지도록 한다.Accordingly, the refrigerant is compressed in the compression space C inside the cylinder 21 by the reciprocating linear motion of the piston 31 and the displacer 32 and passes through the through hole 21h of the cylinder 21 to form the frame 12. Pass through the inside is subjected to an isothermal compression process that is radiated by the heat dissipation unit (60). Thereafter, the refrigerant having undergone isothermal compression flows into the regenerator 50 through the through hole 22h of the displacer housing 22 and the first through hole 321h of the displacer body 321a, and flows in opposite directions. It undergoes an equal recovery process while exchanging heat with the refrigerant. Thereafter, the refrigerant having undergone the isotropic regeneration process exits and expands into the expansion space E and undergoes an isothermal expansion process in which the cooling unit 70 cools the outside air. Thereafter, the refrigerant having undergone the isothermal expansion process is introduced again into the regenerator 50 and then subjected to the isotropic regeneration process that is regenerated by the refrigerant flowing in the opposite direction as described above. At this time, after passing through the displacer body 321a and the displacer cover 322 through the inlet port and the displacer valve 323 provided in the displacer cover 322, the refrigerant may pass through the through hole of the displacer cover 322 ( 322H and the second through hole 321H of the displacer body 321a are introduced into the compression space C again. Of course, while the linear motor 40 is operated, the above isothermal compression process, isotropic regeneration process, isothermal expansion process, and isotropic regeneration process are repeated in sequence, and the cryogenic cooling is performed in the cooling unit 70.

도 4는 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 고정부재 일예가 도시된 측단면도이고, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.4 is a side cross-sectional view showing an example of a fixing member of the cryogenic freezer according to the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

본 발명에 따른 극저온 냉동기의 고정부재를 도 4 내지 도 5를 참고하여 보다 상세하게 살펴보면, 원통 형상의 실린더(21)와 이보다 직경이 작은 원통 형상의 디스플레이서 하우징(22)이 단차지게 연결되는 동시에 디스플레이서 하우징(22) 내주면에 홈 형태의 홈부(22a)가 구비되도록 일체로 주물 제작된 다음, 복수개의 통공(22h)을 디스플레이서 하우징(22)의 홈부(22a)를 따라 가공하면, 가공 시에 발생되는 버는 홈부(22a)에 수용되거나, 손쉽게 제거될 수 있도록 한다.Looking at the fixing member of the cryogenic freezer according to the present invention in more detail with reference to Figures 4 to 5, at the same time the cylindrical cylinder 21 and the cylindrical displacer housing 22 having a smaller diameter is connected stepwise When the caster housing 22 is integrally manufactured to be provided with a groove-shaped groove portion 22a on the inner circumferential surface thereof, and then a plurality of through holes 22h are processed along the groove portion 22a of the displacer housing 22, The burr generated in the can be accommodated in the groove portion 22a or can be easily removed.

실린더(21)는 압축공간이 내부에 형성되는 원통 형상으로 형성되는데, 외주면에 플랜지부(21a)가 구비되어 상기에서 설명한 프레임(12 : 도 3에 도시)에 볼트 고정된다. 이때, 실린더(21) 내부의 압축공간에서 냉매가 빠져나가도록 하는 복수개의 통공(21h)이 형성되는데, 통공들(21h)은 실린더(21)와 디스플레이서 하우징(22)의 단차진 부분에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 축방향으로 관통되도록 형성된다. 물론, 실린더(21)의 통공들(21h)을 빠져나간 냉매는 상기에서 설명한 바와 같이 반경 방향에 위치한 방열부(60 : 도 3에 도시)에서 방열되기 때문에 실린더(21)의 통공들(21h)은 방열부(60)로 유동을 안내하도록 중심에서 외경 방향으로 경사지도록 형성된다.The cylinder 21 is formed in a cylindrical shape in which a compression space is formed therein, and a flange portion 21a is provided on an outer circumferential surface thereof and is bolted to the frame 12 (shown in FIG. 3) described above. At this time, a plurality of through holes 21h are formed to allow the refrigerant to escape from the compression space inside the cylinder 21, and the through holes 21h are circumferentially formed in the stepped portions of the cylinder 21 and the displacer housing 22. It is formed to penetrate in the axial direction at regular intervals in the direction. Of course, since the refrigerant exiting the through holes 21h of the cylinder 21 is radiated from the radiator 60 (shown in FIG. 3) located in the radial direction as described above, the through holes 21h of the cylinder 21 are included. Is inclined in the outer diameter direction from the center to guide the flow to the heat dissipation unit (60).

디스플레이서 하우징(22)은 실린더(21)로부터 단차진 원통 형상으로 형성되는데, 외주면에 냉매의 누설을 방지하기 위하여 상기에서 설명한 프레임(12 : 도 3에 도시)과 같은 부품과 맞닿는 부분에 오링이 삽입될 수 있는 누설 방지용 홈들(22b)이 구비된다. 이때, 디스플레이서 하우징(22) 외부의 냉매가 내부로 유입되도록 하는 복수개의 통공들(22h)이 형성되는데, 통공들(22h)은 디스플레이서 하우징(22)의 내주면에 구비된 링 형상의 홈부(22a)에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 반경 방향으로 관통되도록 형성되며, 통공들(22h)은 원주 방향으로 길게 형성된 복수개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 물론, 디스플레이서 하우징(22)은 내주면에 홈 형태의 홈부(22a)를 구비하도록 주물 제작된 다음, 홈부(22a)보다 작은 크기의 통공들(22h)을 디스플레이서 하우징(22)의 외주면에서 홈부(22a) 상에 위치하도록 가공한다. 따라서, 디스플레이서 하우징(22) 중에서 홈부(22a)는 상대적으로 두께가 얇게 형성되기 때문에 홈부(22a)에 통공들(22h)을 가공하더라도 발생되는 버의 양이 적다. 물론, 디스플레이서 바디(321a : 도 3에 도시)가 디스플레이서 하우징(22) 내주면과 맞닿은 상태에서 왕복 직선 운동하기 때문에 디스플레이서 하우징(22) 내주면에 발생된 버를 제거해 주어야 한다. 이때, 디스플레이서 하우징(22) 내측에서 버가 발생되더라도 홈 형태인 홈부(22a)에 수용되기 때문에 버를 제거하기 위하여 정밀 가공을 하지 않아도 됨에 따라 버를 손쉽게 제거할 수 있다.The displacer housing 22 is formed in a cylindrical shape stepped from the cylinder 21. In order to prevent the leakage of the refrigerant on the outer circumferential surface, the O-ring is placed at a part of the displacer housing 22 which is in contact with a component such as the frame 12 described above. Leakage preventing grooves 22b that can be inserted are provided. At this time, a plurality of through holes 22h are formed to allow the refrigerant outside the displacer housing 22 to flow into the inside, and the through holes 22h are ring-shaped grooves provided on the inner circumferential surface of the displacer housing 22. It is formed so as to penetrate radially at a predetermined interval in the circumferential direction 22a), the through holes 22h is composed of a plurality of slots (long) formed in the circumferential direction. Of course, the displacer housing 22 is cast to have a groove-shaped groove 22a on the inner circumferential surface, and then the through holes 22h having a smaller size than the groove portion 22a are provided on the outer circumferential surface of the displacer housing 22. It processes so that it may be located on (22a). Therefore, since the groove portion 22a is formed relatively thin in the displacer housing 22, the amount of burrs generated even when the through holes 22h are processed in the groove portion 22a is small. Of course, since the displacer body 321a (shown in FIG. 3) reciprocates linearly in contact with the inner circumferential surface of the displacer housing 22, the burr generated on the inner circumferential surface of the displacer housing 22 should be removed. At this time, even if a burr is generated inside the displacer housing 22, since the burr is accommodated in the groove part 22a having a groove shape, the burr may be easily removed as the burr may not be precisely processed to remove the burr.

도 6은 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 고정부재에 디스플레이서 장착된 일예가 도시된 측단면도이다.Figure 6 is a side cross-sectional view showing an example mounted on the fixing member of the cryogenic freezer according to the present invention.

먼저, 디스플레이서 하우징(22) 내부에 디스플레이서 바디(321a)가 장착되면, 정지 상태에서 디스플레이서 하우징(22)의 통공들(22h)이 디스플레이서 바디(321a)의 통공들(321h)과 연통되도록 설치된다. 이때, 디스플레이서 바디(321a)는 디스플레이서 하우징(22) 내측에서 왕복 직선 운동하더라도 디스플레이서 하우징(22)의 통공들(22h)이 디스플레이서 바디(321a)의 통공들(321h)과 연통되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 디스플레이서 바디(321a)의 외주면에는 디스플레이서 바디(321a)의 통공들(321h)을 포함하는 홈부(321h')가 디스플레이서 바디(321a)의 스트로크를 고려하여 축방향으로 일정 길이 이상으로 형성된다. 따라서, 디스플레이서 바디(321a)가 디스플레이서 하우징(22) 내부에서 왕복 직선 운동하더라도 디스플레이서 하우징(22)의 통공들(22h)이 디스플레이서 바디(321a)의 홈부(321h') 내측에 수용되도록 그 크기가 결정되는 것이 바람직하다. First, when the displacer body 321a is mounted inside the displacer housing 22, the through holes 22h of the displacer housing 22 communicate with the through holes 321h of the displacer body 321a in a stationary state. It is installed as possible. At this time, the displacer body 321a communicates with the through holes 321h of the displacer body 321a even though the displacer body 22 reciprocates linearly in the displacer housing 22. Preferably, for this purpose, a groove portion 321h 'including the through holes 321h of the displacer body 321a is uniformly axially in consideration of the stroke of the displacer body 321a on the outer circumferential surface of the displacer body 321a. It is formed beyond its length. Therefore, even if the displacer body 321a moves reciprocally linearly in the displacer housing 22, the through holes 22h of the displacer housing 22 are accommodated inside the groove portion 321h 'of the displacer body 321a. It is preferable that the size is determined.

또한, 디스플레이서 하우징(22)의 내주면에도 상기에서 설명한 바와 같이 통공(22h)을 가공하면서 발생되는 일종의 버가 수용될 수 있도록 통공들(22h)을 포함하는 홈부(22a)가 구비된다. 마찬가지로, 디스플레이서 하우징(22)의 통공들(22h) 및 홈부(22a)가 디스플레이서 바디(321a)의 통공들(321h) 및 홈부(321h')와 연통되어야 한다. 따라서, 디스플레이서 바디(321a)가 디스플레이서 하우징(22) 내부에서 왕복 직선 운동 하더라도 디스플레이서 하우징(22)의 홈부(22a)가 디스플레이서 바디(321a)의 홈부(321h') 내측에 수용되도록 그 크기가 결정되는 것이 바람직하다.In addition, the inner circumferential surface of the displacer housing 22 is provided with a groove portion 22a including the through holes 22h so that a kind of burr generated while processing the through holes 22h can be accommodated as described above. Similarly, the through holes 22h and the grooves 22a of the displacer housing 22 must communicate with the through holes 321h and the grooves 321h 'of the displacer body 321a. Therefore, even if the displacer body 321a reciprocates linearly in the displacer housing 22, the groove 22a of the displacer housing 22 is accommodated inside the groove 321h 'of the displacer body 321a. It is desirable for the size to be determined.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.In the above, the present invention has been described in detail by way of examples based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the above embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the contents described in the claims below.

Claims (4)

압축공간을 형성하는 원통 형상의 실린더;
실린더의 축방향으로 연통된 디스플레이서 하우징;
실린더 내측에서 축방향으로 왕복 직선 운동하는 피스톤;
피스톤 중심과 디스플레이서 하우징 내측에 위치하고, 피스톤과 반대 방향으로 연동하는 디스플레이서;
디스플레이서 하우징의 내/외측을 관통하도록 디스플레이서 하우징에 가공된 복수개의 통공; 그리고,
통공들을 포함하도록 디스플레이서 하우징 내주면에 구비된 홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
A cylindrical cylinder forming a compression space;
A displacer housing in axial communication with the cylinder;
A piston reciprocating linearly in the axial direction inside the cylinder;
A displacer located inside the piston center and the displacer housing and interlocked in a direction opposite to the piston;
A plurality of through holes processed in the displacer housing to penetrate the inside and the outside of the displacer housing; And,
Cryogenic freezer comprising a; a groove provided on the inner peripheral surface of the displacer housing to include the through-holes.
제1항에 있어서,
통공들은 디스플레이서 하우징의 원주 방향으로 간격을 두고 배열되고,
홈부는 링 형상의 홈인 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 1,
The through holes are arranged at intervals in the circumferential direction of the displacer housing,
Cryogenic freezer, characterized in that the groove is a ring-shaped groove.
제2항에 있어서,
통공은 디스플레이서 하우징의 원주 방향으로 길게 형성된 슬롯인 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 2,
The through-hole is a cryogenic freezer, characterized in that the slot is formed long in the circumferential direction of the displacer housing.
제2항에 있어서,
디스플레이서는 피스톤의 중심에 맞물리는 디스플레이서 로드와, 디스플레이서 하우징 내주면에 위치하여 내/외측을 관통하는 통공 및 이를 포함하도록 외주면에 구비된 홈부가 구비된 디스플레이서 바디를 포함하고,
디스플레이서가 왕복 직선 운동하더라도 디스플레이서 하우징의 홈부는 디스플레이서 바디의 홈부 내측에 수용되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 2,
The displacer includes a displacer rod having a displacer rod engaged with the center of the piston, a through hole disposed on an inner circumferential surface of the displacer housing and penetrating through the inner and outer sides thereof, and a groove provided on the outer circumferential surface thereof.
Cryogenic freezer, characterized in that the groove portion of the displacer housing is accommodated inside the groove portion of the displacer body even if the displacer reciprocates linearly.
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