KR20110097073A - Cooler - Google Patents

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KR20110097073A
KR20110097073A KR1020100016701A KR20100016701A KR20110097073A KR 20110097073 A KR20110097073 A KR 20110097073A KR 1020100016701 A KR1020100016701 A KR 1020100016701A KR 20100016701 A KR20100016701 A KR 20100016701A KR 20110097073 A KR20110097073 A KR 20110097073A
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cryogenic freezer
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Inventor
박성운
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엘지전자 주식회사
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
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Abstract

본 발명에 따른 극저온 냉동기는 콜드 핑거를 프레임과 냉각부 내측에 브레이징한 다음, 콜드 핑거의 내주면을 그라이딩 작업하기 때문에 콜드 핑거를 프레임 및 냉각부와 동심 상에 손쉽게 조립할 수 있고, 서로 브레이징 조립되는 부분에 별도로 브레이징 재료가 끼워질 수 있는 홈이 구비되기 때문에 브레이징 재료를 넓은 면적에 많이 사용할 수 있어 접착력을 향상시킬 뿐 아니라 균일한 접착 성능을 제공할 수 있는 있다.The cryogenic freezer according to the present invention can be easily assembled concentrically with the frame and the cooling unit and brazed together because the cold finger brazes the inside of the frame and the cooling unit and then grinds the inner circumferential surface of the cold finger. Since the part is provided with a groove into which the brazing material may be separately inserted, the brazing material may be used in a large area, thereby improving adhesion and providing uniform adhesion.

Description

극저온 냉동기 {COOLER}Cryogenic Freezers {COOLER}

본 발명은 축방향으로 연결되는 부품들 사이의 동심도를 손쉽게 맞추어 조립할 수 있는 극저온 냉동기에 관한 것이다.
The present invention relates to a cryogenic freezer that can be easily assembled to match the concentricity between the axially connected parts.

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, 재생기의 외관을 형성하는 얇은 관 형상의 콜드 핑거가 구비되는데, 콜드 핑거가 프레임과 냉각부 사이에 위치하여 동축을 이루도록 브레이징 연결되고, 프레임과 콜드 핑거 내측에 실린더, 디스플레이서 및 재생기와 같은 부품들이 내장된다.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 cold tubular cold finger forming the appearance of the regenerator is provided, and the cold finger is positioned between the frame and the cooling unit to be brazed and coaxially, and the cylinder, the displacer and the regenerator inside the frame and the cold finger. The parts are embedded.

그러나, 종래의 극저온 냉동기는 얇은 관 형상의 콜드 핑거가 프레임과 냉각부 내주면에 각각 브레이징되는데, 브레이징으로 인하여 콜드 핑거 내주면이 울기 때문에 콜드 핑거와 프레임 및 냉각부의 동심을 맞추기 어렵고, 나아가 콜드 핑거와 프레임이 이에 내장되는 부품들과 동심도 일치하지 않기 때문에 내장 부품들의 조립성 및 작동 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.However, in the conventional cryogenic freezer, thin tubular cold fingers are brazed on the inner circumferential surface of the frame and the cooling unit, respectively.Because the cold circumferential surface of the cold finger is crying due to the brazing, it is difficult to match the concentricity between the cold finger and the frame and the cooling unit. Since there is no concentricity with the parts embedded therein, there is a problem in that the assembly and operation reliability of the built-in parts.

또한, 콜드 핑거가 얇을 뿐 아니라 다른 부품들과 기밀을 유지하도록 구성되기 때문에 브레이징 재료를 많이 사용하여 접착력을 높이기 어렵고, 보다 넓은 면적을 브레이징시켜서 전체적으로 균일한 접착력을 제공하기 어려운 문제점이 있다.
In addition, since the cold finger is not only thin but also configured to maintain airtightness with other components, it is difficult to increase the adhesive force by using a large amount of brazing material, and it is difficult to provide a uniform adhesive force as a whole by brazing a larger area.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 재생기 외관을 형성하는 콜드 핑거를 다른 부품들과 중심을 맞추어 손쉽게 조립시킬 수 있는 극저온 냉동기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a cryogenic freezer that can be easily assembled to center the cold finger to form the regenerator exterior with other components.

또한, 본 발명은 재생기 외관을 형성하는 콜드 핑거를 다른 부품들과 브레이징하더라도 강력하고 균일한 접착력을 제공할 수 있는 극저온 냉동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
It is also an object of the present invention to provide a cryogenic freezer which can provide strong and uniform adhesion even if the cold finger forming the regenerator appearance is brazed with other components.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 극저온 냉동기는 재생기 외관을 형성하는 원통 형상의 콜드 핑거; 콜드 핑거의 축방향 일단이 내주면에 브레이징되는 프레임; 그리고, 콜드 핑거의 축방향 다른 일단이 내주면에 브레이징되는 냉각부;를 포함하며, 프레임과 냉각부가 결합된 콜드 핑거의 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 한다.The cryogenic freezer according to the present invention for solving the above problems is a cylindrical cold finger to form a regenerator appearance; A frame in which an axial end of the cold finger is brazed to the inner circumferential surface; And, the other end in the axial direction of the cold finger brazing on the inner peripheral surface; including, characterized in that the inner peripheral surface of the cold finger combined with the frame and the cooling unit is ground operation.

또한, 본 발명에서, 프레임과 냉각부는 콜드 핑거와 브레이징되는 내주면에 브레이징 재료가 수용되는 복수개의 홈이 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the frame and the cooling unit is characterized in that a plurality of grooves are accommodated in the inner peripheral surface brazed with the cold finger.

또한, 본 발명에서, 프레임의 일단 외주면에 축방향으로 결합된 방열부의 중심인 베이스;를 더 포함하고, 베이스가 결합된 프레임 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the base which is the center of the heat dissipation unit coupled to the outer peripheral surface of one end of the frame in the axial direction; further comprising, the inner peripheral surface of the frame coupled to the base is characterized in that the grinding operation.

또한, 본 발명에서, 프레임의 일단 외주면에 축방향으로 결합되어 베이스를 프레임의 축방향으로 고정시키는 플랜지;를 더 포함하고, 플랜지가 결합된 프레임 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, one end of the frame is coupled to the outer axial direction in the axial direction to fix the base in the axial direction of the frame; further comprising a frame, the inner peripheral surface coupled to the flange is characterized in that the grinding operation.

또한, 본 발명에서, 냉각부는 그라인딩 작업이 진행되는 동안 축방향으로 탄성 지지되는 것을 특징으로 한다.
In addition, in the present invention, the cooling unit is characterized in that it is elastically supported in the axial direction during the grinding operation.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 극저온 냉동기는 콜드 핑거를 프레임과 냉각부 내측에 브레이징한 다음, 콜드 핑거의 내주면을 그라이딩 작업하기 때문에 콜드 핑거를 프레임 및 냉각부와 동심 상에 손쉽게 조립할 수 있고, 콜드 핑거와 프레임에 내장되는 부품들과도 동심을 맞출 수 있어 조립성을 향상시킬 뿐 아니라 내장 부품들의 작동 신뢰성도 보장할 수 있는 이점이 있다.The cryogenic freezer according to the present invention configured as described above can be easily assembled concentrically with the frame and the cooling part because the cold finger is brazed inside the frame and the cooling part, and then the inner circumferential surface of the cold finger is grinded. In addition, it is possible to match concentrically with the components embedded in the cold finger and the frame, thereby improving the assemblability and ensuring the operational reliability of the internal components.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉동기는 콜드 핑거와 브레이징되는 프레임 내주면 또는 냉각부 내주면에 적어도 하나 이상의 홈이 구비되기 때문에 브레이징 재료가 프레임의 홈 및 냉각부의 홈에 끼워진 다음, 콜드 핑거가 프레임과 냉각부 내측에 끼워진 상태에서 브레이징됨에 따라 접착력을 향상시킬 뿐 아니라 균일한 접착 성능을 제공할 수 있는 이점이 있다.
In addition, since the cryogenic freezer according to the present invention is provided with at least one groove in the inner circumferential surface of the frame or the cooling unit inner peripheral surface brazed with the cold finger, the brazing material is inserted into the groove of the frame and the groove of the cooling unit, and then the cold finger is inserted into the frame and the cooling unit. As the brazing in the state fitted inside, there is an advantage that can provide a uniform adhesive performance as well as improve the adhesive strength.

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 브레이징되는 부품들이 도시된 분해 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 브레이징된 부품들의 그라인딩 과정 일부가 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 an exploded side cross-sectional view showing the brazed parts of the cryogenic freezer according to the present invention.
Figure 5 is a side cross-sectional view showing a part of the grinding process of the brazed parts 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 브레이징되는 부품들이 도시된 분해 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 극저온 냉동기의 브레이징된 부품들의 그라인딩 과정 일부가 도시된 측단면도이다.Figure 4 is an exploded side cross-sectional view showing the brazed parts of the cryogenic freezer according to the present invention, Figure 5 is a side cross-sectional view showing a part of the grinding process of the brazed parts of the cryogenic freezer according to the present invention.

본 발명에 따른 극저온기는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 재생기(50 : 도 3에 도시)의 외관을 형성하는 콜드 핑거(54)가 프레임(11)과 냉각부(70) 내측에 브레이징된 다음, 동심을 맞추기 위하여 콜드 핑거(54)의 내주면이 그라인딩 작업된다.In the cryogenic apparatus according to the present invention, as shown in FIGS. 4 to 5, the cold fingers 54 forming the appearance of the regenerator 50 (shown in FIG. 3) are brazed inside the frame 11 and the cooling unit 70. Next, the inner circumferential surface of the cold finger 54 is ground to achieve concentricity.

프레임(11)은 상기에서 설명한 바와 같이 실린더(21 : 도 3에 도시)가 내측에 볼트 체결되고, 방열부(60 : 도 3에 도시)에 포함된 베이스(61)가 외주면에 플랜지(63)에 의해 고정된다. 이때, 프레임(61)은 내측에 콜드 핑거(54)의 일단이 브레이징되는데, 프레임(11)의 내주면에는 브레이징 재료가 끼워질 수 있도록 원주 방향으로 따라 링 형상의 홈(11h)이 구비되고, 프레임(11)의 홈(11h)은 축방향으로 일정 간격을 두고 두 개 이상 형성될 수 있다.As described above, the frame 11 is bolted to the inside of the cylinder 21 (shown in FIG. 3), and the base 61 included in the heat dissipation unit 60 (shown in FIG. 3) has a flange 63 on the outer circumferential surface thereof. Is fixed by. At this time, one end of the cold finger 54 is brazed in the frame 61, the inner peripheral surface of the frame 11 is provided with a ring-shaped groove 11h along the circumferential direction so that the brazing material can be fitted, the frame More than two grooves 11h of 11 may be formed at regular intervals in the axial direction.

베이스(61)는 방열 효과를 높이기 위하여 구리 재질의 원통 형상으로 형성되는데, 베이스(61)가 장착되는 프레임(11)의 일부도 방열 효과를 높이기 위하여 상대적으로 두께가 얇게 형성되도록 한다. The base 61 is formed in a cylindrical shape made of copper to increase the heat dissipation effect, and a portion of the frame 11 on which the base 61 is mounted is also formed to be relatively thin in order to increase the heat dissipation effect.

플랜지(63)는 베이스(61)가 프레임(11)의 축방향으로 탈거되는 것을 방지하기 위하여 프레임(11)에 고정된다. 이때, 베이스(61)를 축방향으로 지지한 상태에서 베이스(61)의 외주면에 브레이징되는데, 플랜지(63)의 내주면에는 마찬가지로 브레이징 재료가 끼워질 수 있도록 원주 방향을 따라 링 형상의 홈(63h)이 구비되고, 플랜지(63)의 홈(63h)은 축방향으로 일정 간격을 두고 두 개 이상 형성될 수 있다. The flange 63 is fixed to the frame 11 to prevent the base 61 from being removed in the axial direction of the frame 11. At this time, the base 61 is brazed to the outer circumferential surface of the base 61 in a state of supporting the axial direction, the ring-shaped groove 63h along the circumferential direction so that the brazing material can be similarly fitted to the inner circumferential surface of the flange 63. Is provided, two or more grooves 63h of the flange 63 may be formed at regular intervals in the axial direction.

콜드 핑거(54)는 재생기(50 : 도 3에 도시)의 외관을 형성하는데, 상기에서 설명한 재생 하우징, 축열재, 앤드 캡으로 이루어진 재생기가 수용될 수 있는 얇은 관 형상으로 형성된다. 물론, 콜드 핑거(54)가 얇게 형성되기 때문에 콜드 핑거(54)의 양단 즉, 프레임(11)과 냉각부(70)와 브레이징되는 부분이 울게 되지만, 콜드 핑거(54) 내주면을 그라인딩 작업해 주기 때문에 손쉽게 콜드 핑거(54)의 내주면을 원래 상태로 펼칠 수 있을 뿐 아니라 서로 맞물리는 부품들과 동심도를 맞출 수 있다.The cold finger 54 forms the appearance of the regenerator 50 (shown in FIG. 3), which is formed in a thin tubular shape in which a regenerator composed of the regeneration housing, heat storage material, and end cap described above can be accommodated. Of course, since the cold fingers 54 are thinly formed, both ends of the cold fingers 54, that is, the parts braided with the frame 11 and the cooling unit 70, cry, but the grinding operation of the inner circumferential surface of the cold fingers 54 is performed. Because of this, the inner circumferential surface of the cold finger 54 can be easily unfolded in the original state, and the concentricity with the parts engaged with each other can be matched.

냉각부(70)는 콜드 핑거(54)의 다른 일단이 브레이징되는데, 냉각부(70)의 내주면에는 마찬가지로 브레이징 재료가 끼워질 수 있도록 원주 방향으로 따라 링 형상의 홈(70h)이 구비되고, 냉각부(70)의 홈(70h)은 축방향으로 일정 간격을 두고 두 개 이상 형성될 수 있다.The other end of the cold finger 54 is brazed, and the cooling unit 70 is provided with a ring-shaped groove 70h along the circumferential direction so that the brazing material can be fitted on the inner circumferential surface of the cooling unit 70. Two or more grooves 70h of the portion 70 may be formed at regular intervals in the axial direction.

상기와 같은 부품들의 조립 과정을 살펴보면, 다음과 같다.Looking at the assembly process of the above components, as follows.

먼저, 베이스(61)를 프레임(11)의 외주면에 끼우고, 플랜지(63)의 홈(63h)에 브레이징 재료를 끼운 다음, 플랜지(63)를 프레임(11)의 외주면에 끼워 베이스(61)를 축방향으로 지지한 상태에서 프레임(11)과 플랜지(63) 사이에 열을 가하면, 브래이징 재료가 녹으면서 프레임(11)과 플랜지(63)가 브레이징되면서 베이스(61)도 같이 고정시킨다.First, the base 61 is inserted into the outer circumferential surface of the frame 11, the brazing material is inserted into the groove 63h of the flange 63, and then the flange 63 is fitted into the outer circumferential surface of the frame 11. When heat is applied between the frame 11 and the flange 63 in the state of supporting axially, the base 61 is also fixed while the frame 11 and the flange 63 are brazed while the brazing material is melted.

다음, 냉각부(70)의 홈(70h)에 브레이징 재료를 끼운 다음, 콜드 핑거(54)의 일단을 냉각부(70) 내주면에 끼운 상태에서 콜드 핑거(54)와 냉각부(70) 사이에 열을 가하면, 브레이징 재료가 녹으면서 콜드 핑거(54)와 냉각부(70)가 균일하게 고정된다.Next, the brazing material is inserted into the groove 70h of the cooling unit 70, and then between one of the cold fingers 54 and the cooling unit 70 with one end of the cold finger 54 inserted into the inner circumferential surface of the cooling unit 70. When heat is applied, the cold finger 54 and the cooling unit 70 are uniformly fixed while the brazing material is melted.

다음, 베이스(61) 및 플랜지(63)가 장착된 프레임(11)의 홈(11h)에 브레이징 재료를 끼운 다음, 콜드 핑거(54)의 다른 일단을 프레임(11) 내주면에 끼운 상태에서 프레임(11)과 콜드 핑거(54) 사이에 열을 가하면, 브레이징 재료가 녹으면서 프레임(11)과 콜드 핑거(54)가 브레이징 고정된다.Next, the brazing material is inserted into the groove 11h of the frame 11 on which the base 61 and the flange 63 are mounted, and then the other end of the cold finger 54 is inserted into the inner peripheral surface of the frame 11. When heat is applied between 11) and the cold finger 54, the frame 11 and the cold finger 54 are brazed while melting the brazing material.

이와 같이, 프레임(11), 베이스(61), 플랜지(63), 콜드 핑거(54), 냉각부(70)가 조립되면, 조립체의 냉각부(70)를 그라인딩 지그(J)에 축방향으로 탄성 지지시킨 다음, 부품들의 결합 부분 내주면을 그라인딩 작업한다. 이때, 베이스(61)가 외주면에 장착된 프레임(11) 내주면 부분을 그라인딩하고, 플랜지(63)가 외주면에 장착된 프레임(11) 내주면 부분을 그라인딩한 다음, 프레임(11)과 냉각부(70)가 외주면에 장착된 콜드 핑거(54)의 내주면 전체를 그라인딩 작업한다. 따라서, 프레임(11)과 콜드 핑거(54) 및 냉각부(70)를 손쉽게 동축 상에 맞출 수 있고, 그 내측에 장착되는 실린더와 디스플레이서 및 재생기와 같은 부품들과도 동심을 맞출 수 있어 조립성을 향상시킬 뿐 아니라 작동 신뢰성을 높일 수 있다.As such, when the frame 11, the base 61, the flange 63, the cold finger 54, and the cooling unit 70 are assembled, the cooling unit 70 of the assembly is axially oriented to the grinding jig J. After elastic support, the inner peripheral surface of the engaging portion of the parts is ground. At this time, the base 61 grinds the inner circumferential surface portion of the frame 11 mounted on the outer circumferential surface, the flange 63 grinds the inner circumferential surface portion of the frame 11 mounted on the outer circumferential surface, and then the frame 11 and the cooling unit 70. ) Is grinding the entire inner circumferential surface of the cold finger 54 mounted on the outer circumferential surface. Accordingly, the frame 11, the cold finger 54 and the cooling unit 70 can be easily coaxially aligned, and the cylinders, displacers and regenerators mounted therein can also be coaxially assembled. Not only can the performance be improved, but also the operating reliability can be increased.

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 (5)

재생기 외관을 형성하는 원통 형상의 콜드 핑거;
콜드 핑거의 축방향 일단이 내주면에 브레이징되는 프레임; 그리고,
콜드 핑거의 축방향 다른 일단이 내주면에 브레이징되는 냉각부;를 포함하며,
프레임과 냉각부가 결합된 콜드 핑거의 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
A cylindrical cold finger forming the regenerator appearance;
A frame in which an axial end of the cold finger is brazed to the inner circumferential surface; And,
And a cooling unit in which the other axial end of the cold finger is brazed on the inner circumferential surface thereof.
Cryogenic freezer, characterized in that the inner peripheral surface of the cold finger combined with the frame and the cooling unit is ground.
제1항에 있어서,
프레임과 냉각부는 콜드 핑거와 브레이징되는 내주면에 브레이징 재료가 수용되는 복수개의 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 1,
Cryogenic freezer, characterized in that the frame and the cooling portion is provided with a plurality of grooves for receiving the brazing material on the inner peripheral surface brazing the cold finger.
제1항에 있어서,
프레임의 일단 외주면에 축방향으로 결합된 방열부의 중심인 베이스;를 더 포함하고,
베이스가 결합된 프레임 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 1,
It further comprises a base, which is the center of the heat radiating portion coupled to the outer peripheral surface of the frame in the axial direction;
Cryogenic freezer, characterized in that the inner surface of the frame coupled to the base is ground.
제3항에 있어서,
프레임의 일단 외주면에 축방향으로 결합되어 베이스를 프레임의 축방향으로 고정시키는 플랜지;를 더 포함하고,
플랜지가 결합된 프레임 내주면이 그라인딩 작업된 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method of claim 3,
A flange coupled to an outer circumferential surface of one end of the frame in an axial direction to fix the base in the axial direction of the frame;
Cryogenic freezer, characterized in that the inner peripheral surface of the flange coupled to the grinding work.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각부는 그라인딩 작업이 진행되는 동안 축방향으로 탄성 지지되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Cryogenic freezer characterized in that the cooling portion is elastically supported in the axial direction during the grinding operation.
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