WO2015163703A1 - Cryogenic refrigeration system - Google Patents

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WO2015163703A1
WO2015163703A1 PCT/KR2015/004044 KR2015004044W WO2015163703A1 WO 2015163703 A1 WO2015163703 A1 WO 2015163703A1 KR 2015004044 W KR2015004044 W KR 2015004044W WO 2015163703 A1 WO2015163703 A1 WO 2015163703A1
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refrigerant
heat exchanger
disposed
dissipation module
gas
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PCT/KR2015/004044
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French (fr)
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Inventor
정우석
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주식회사 서남
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • 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
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle

Definitions

  • the present invention relates to a cryogenic refrigeration system, and more particularly to a cryogenic refrigeration system that can increase the heat radiation efficiency.
  • cryogenic freezers may be used to cool superconductors or small electronic components.
  • the cryogenic freezer may include a Stirling refrigerator, a GM refrigerator, and a Joule-Thomson refrigerator.
  • Such cryogenic freezers may generate refrigeration output through expansion of a working fluid such as helium or hydrogen. The expansion process may involve exothermicity of the compression process.
  • the cryogenic freezer can then be cooled by the radiator.
  • Common cryogenic freezers can be cooled by dual radiators.
  • the dual radiator may include a water cooled radiator and a vapor compression freezer.
  • the water cooled radiator can cool the cryogenic freezer.
  • the water cooled radiator can be cooled by a vapor compression freezer.
  • the water-cooled radiators and steam compressors can reduce the productivity by increasing the operating costs of cryogenic freezers.
  • An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigeration system that can increase the heat radiation efficiency.
  • Another object of the present invention to provide a cryogenic refrigeration system that can minimize the operating cost of the cryogenic freezer.
  • the present invention discloses a cryogenic refrigeration system. Its system includes a cryogenic freezer; And a heat dissipation module for cooling the cryogenic freezer.
  • the heat dissipation module may include: a condenser disposed spaced apart from the cryogenic freezer and condensing a refrigerant cooling the cryogenic freezer; And a heat exchanger connected to the cryogenic freezer and circulating the refrigerant between the cryogenic freezer and the condenser to cool the cryogenic freezer.
  • the cryogenic refrigeration system includes a power generation unit, a power conversion unit for converting the power generated by the power generation unit, and a gas cooling unit for cooling the gas by the power converted in the power conversion unit.
  • Cryogenic freezer and a heat dissipation module configured to circulate a refrigerant for cooling the cryogenic freezer to the power generation unit, the power conversion unit, and the gas cooling unit.
  • the cryogenic refrigeration system may increase the heat dissipation efficiency of the cryogenic freezer by using a refrigerant having higher endothermic efficiency than water. Since the cryogenic freezer is cooled directly to the heat dissipation module, operating costs can be minimized.
  • FIG. 1 is a view showing an example of the cryogenic refrigeration system of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the cryogenic freezer of FIG.
  • FIG. 3 is a view showing another example of the cryogenic refrigeration system of FIG.
  • FIG. 4 is a view showing another example of the cryogenic refrigeration system of FIG.
  • FIG. 1 shows an example of the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention.
  • FIG. 2 shows the cryogenic freezer 100 of FIG. 1.
  • the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention may include a cryogenic freezer 100 and a heat dissipation module 200.
  • the cryogenic freezer 100 may be cooled to cryogenic temperatures.
  • the heat dissipation module 200 may dissipate the cryogenic freezer 100.
  • the cryogenic freezer 100 may include a sterling cryogenic freezer. According to one example, the cryogenic freezer 100 may include a power generator 110, a power converter 120, and a gas cooling unit 130.
  • the power generation unit 110 may generate rotational power by an external power source.
  • the power generation unit 110 may include a motor.
  • the power generator 110 may be connected to the power converter 120.
  • the power generation unit 110 may be heated to a temperature higher than room temperature.
  • the power generation unit 110 may be heated to about 30 ° C or more.
  • the power converter 120 may convert rotational power into reciprocating linear power.
  • the power converter 120 may include a shaft 122, a cam 124, a plurality of connecting rods 126, and a housing 128.
  • the shaft 122 may be connected to the power generator 110.
  • the cam 124 may be connected between the shaft 122 and the connecting rods 126.
  • the connecting rods 126 may extend to the gas cooling unit 130.
  • Housing 128 may surround cam 124.
  • the housing 128 may be connected to the gas cooling unit 130.
  • Oil 121 may be provided in housing 128.
  • the oil 121 may be heated by the operation of the shaft 122, the cam 124, and the connecting rods 126.
  • the gas cooling unit 130 may be disposed on the power conversion unit 120.
  • the gas cooling unit 130 may cool the gas 131 to cryogenic temperatures.
  • the gas 131 may include helium gas.
  • the gas cooling unit 130 may include a cylinder 132, a displacer 140, and a piston 150.
  • the cylinder 132 may be connected on the power converter 120.
  • Gas 131 may be provided in cylinder 132.
  • the displacer 140 and the piston 150 may be connected to the connecting rods 126 to move up and down within the cylinder 132.
  • the displacer 140 may be disposed on the piston 150.
  • One of the connecting rods 126 may pass through the piston 150.
  • the cylinder 132 may include a gas expansion region 134, a gas compression region 136, and a piston movement region 138.
  • Gas expansion zone 134 may be disposed on gas compression zone 136.
  • the displacer 140 may be connected to one of the connecting rods 126 to reciprocate within the gas expansion region 134 and the gas compression region 136.
  • the displacer 140 may expand and cool the gas 131 in the gas expansion region 134.
  • the gas expansion zone 134 may be a cooling zone.
  • the gas compression region 136 may be connected to the rest of the connecting rods 126 and disposed between the gas expansion region 134 and the piston movement region 138.
  • the piston 150 may move reciprocally in the piston movement region 138.
  • the piston movement region 138 may be a passage region of one of the connecting rods 126.
  • Displacer 140 and piston 150 may compress gas 131 in gas compression region 136.
  • the compressed gas 131 may heat the cylinder 132 of the gas compression region 136.
  • the gas compression zone 136 may be a heating zone.
  • the heat dissipation module 200 may directly cool the cryogenic refrigerator 100 by circulating a refrigerant to the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130. Direct cooling has a smaller size than a typical dual radiator and can reduce maintenance costs. Thus, the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention can reduce the running cost.
  • the heat dissipation module 200 may include a condenser 210, a compressor 220, heat exchangers 230, a refrigerant expander 240, a refrigerant supply line 250, and a refrigerant recovery line 260.
  • the condenser 210 may condense the refrigerant.
  • the compressor 220 may be connected to the condenser 210.
  • the compressor 220 may compress the refrigerant.
  • the refrigerant may include R22, R123, R134a, HFC-407C, HFC-407A or R-123yf.
  • the refrigerant may have a lower freezing point and vaporization point than water. For example, when heat exchanged about 15 ° C.
  • the heat exchangers 230 may be connected to the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130.
  • the refrigerant supply line 250 may be connected between the condenser 210 and the heat exchangers 230.
  • the refrigerant expander 240 may be connected to the refrigerant supply line 250.
  • the refrigerant recovery line 260 may be connected between the compressor 220 and the heat exchangers 230.
  • the condenser 210 may liquefy the refrigerant.
  • the condenser 210 may include a water cooled condenser or an air cooled condenser.
  • the refrigerant expander 240 may be disposed between the condenser 210 and the heat exchangers 230.
  • the refrigerant expander 240 may vaporize and cool the refrigerant.
  • the cooled refrigerant may be provided to the heat exchangers 230 via the refrigerant supply line 250.
  • the refrigerant may be heated in the heat exchangers 230.
  • the compressor 220 may provide the heated refrigerant to the condenser 210 at a constant pressure.
  • the refrigerant may be provided to the condenser 210 in a gas state.
  • the refrigerant may be circulated between the heat exchangers 230 and the condenser 210.
  • the heat exchangers 230 may cool the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130.
  • heat exchangers 230 may include a gas heat exchanger 232, an oil heat exchanger 234, and a motor heat exchanger 236.
  • Gas heat exchanger 232 may be disposed in the compression zone 136.
  • the gas heat exchanger 232 may cool the cylinder 132 of the compression zone 136.
  • the heat exchange supply line 233 may connect the gas heat exchanger 232 and the oil heat exchanger 234.
  • the heat exchange recovery line 235 may connect the gas heat exchanger 232 and the motor heat exchanger 236.
  • the refrigerant may be provided sequentially to the oil heat exchanger 234, the gas heat exchanger 232, and the motor heat exchanger 236.
  • a first protective cover 312 may be disposed around the gas heat exchanger 232. The first protective cover 312 can protect the gas heat exchanger 232. In contrast, the first protective cover 312 may prevent dew condensation due to the cooling of the gas heat exchanger 232.
  • the oil heat exchanger 234 may be disposed in the power converter 120.
  • the oil heat exchanger 234 may cool the oil in the power converter 120.
  • the oil heat exchanger 234 may be connected to the refrigerant supply line 250.
  • a second protective cover 314 may be disposed around the heat exchanger 234. The second protective cover 314 can protect the oil heat exchanger 234.
  • the motor heat exchanger 236 may be disposed in the power generator 110.
  • the motor heat exchanger 236 may cool the power generating unit 110.
  • Motor heat exchanger 236 may be connected to refrigerant recovery line 260.
  • FIG. 3 shows another example of the cryogenic refrigeration system 10 of FIG. 1.
  • the heat dissipation module 200 may include a first pressure transducer 272, a first temperature sensor 274, and a circulating flow controller 276.
  • the first pressure transducer 272 may be disposed in the refrigerant recovery line 260 between the heat exchangers 230 and the compressor 220.
  • the first pressure transducer 272 may detect the pressure of the refrigerant.
  • the first temperature sensor 274 may be disposed in the refrigerant recovery line 260 adjacent to the first pressure transducer 272. The first temperature sensor 274 may detect the temperature of the refrigerant.
  • the circulating flow controller 276 may be connected to the first pressure transducer 272, the first temperature sensor 274, and the refrigerant expander 240.
  • the circulation flow controller 276 may receive a detection signal of the temperature and the pressure of the first pressure transducer 272 and the first temperature sensor 274.
  • the circulation flow rate of the refrigerant may be controlled based on the temperature and the pressure.
  • the refrigerant expander 240 may adjust the circulation flow rate of the refrigerant according to the control signal of the circulation flow controller 276.
  • the cryogenic refrigerator 100, the condenser 210 of the heat dissipation module 200, the compressor 220, the heat exchangers 230, the refrigerant expander 240, the refrigerant supply line 250, and the refrigerant recovery line 260 are 1 and 2 may be the same.
  • FIG. 4 shows another example of the cryogenic refrigeration system 10 of FIG. 1.
  • the heat dissipation module 200 includes a second temperature sensor 282, a second pressure transducer 284, a bypass valve 286, a bypass controller 288, a bypass line 290, And a sensitive heat tube 292.
  • the second temperature sensor 282 may be disposed in the refrigerant recovery line 260.
  • the second temperature sensor 282 may detect the temperature of the refrigerant.
  • the second pressure transducer 284 may be disposed in the refrigerant recovery line 260.
  • the second pressure transducer 284 may detect the pressure of the refrigerant.
  • Bypass valve 286 may be disposed in refrigerant recovery line 260 between condenser 210 and compressor 220. Bypass valve 286 may be connected to bypass line 290. Bypass valve 286 may include a three-way valve.
  • Bypass controller 288 may control bypass valve 286. Bypass controller 288 may receive temperature and pressure signals from second temperature sensor 282 and second pressure transducer 284.
  • bypass line 290 may bypass the condenser 210 to connect the refrigerant recovery line 260 and the refrigerant supply line 250.
  • bypass line 290 may bypass branch 290 at bypass valve 286.
  • Bypass line 290 may be connected to refrigerant supply line 250 between heat exchangers 230 and refrigerant expander 240.
  • the bypass controller 288 bypasses the refrigerant from the refrigerant recovery line 260 to the refrigerant supply line 250 through the bypass line 290 when the temperature of the refrigerant in the refrigerant recovery line 260 is low. You can.
  • the bypass controller 288 may divert the refrigerant from the refrigerant recovery line 260 to the refrigerant supply line 250.
  • the thermostat 292 may be disposed in the refrigerant recovery line 260.
  • the thermostat 292 may be connected to the refrigerant expander 240.
  • the thermostat 292 may detect the temperature of the refrigerant in the refrigerant recovery line 260.
  • the thermostat 292 may control the refrigerant expander 240 according to the temperature of the refrigerant.
  • the thermostat 292 may output a turn on signal and a turn off signal of the refrigerant expander 240. If the temperature of the refrigerant is high, the thermostat 292 may output a turn-on signal. When the temperature of the refrigerant is low, the thermostat 292 may output a turn off signal.
  • the cryogenic refrigerator 100, the condenser 210 of the heat dissipation module 200, the compressor 220, the heat exchangers 230, the refrigerant expander 240, the refrigerant supply line 250, and the refrigerant recovery line 260 are 1 and 2 may be the same.
  • cryogenic freezer can increase the heat radiation efficiency, it is possible to minimize the operating cost.
  • the cryogenic freezer can effectively cool the low temperature superconductor or the high temperature superconductor.
  • Superconductors can be used as source materials for power plants, substations, magnetic resonance devices, magnetic levitation trains and superconductor laboratories.
  • Cryogenic freezers can be widely used in superconductor technology.
  • the cryogenic freezer may be mounted in a metal cryogenic metal tensile test apparatus.

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Abstract

Disclosed is a cryogenic refrigeration system. A cryogenic refrigeration system comprises: a cryogenic freezer; and a heat dissipation module for supplying and circulating a refrigerant that cools the cryogenic freezer. The heat dissipation module can comprise: a condenser for condensing the refrigerant; and a heat exchanger, placed on the cryogenic freezer, for circulating the refrigerant between the cryogenic freezer and the condenser and thereby cooling the cryogenic freezer.

Description

극저온 냉동 시스템Cryogenic refrigeration system
본 발명은 극저온 냉동 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 방열 효율을 증가시킬 수 있는 극저온 냉동 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic refrigeration system, and more particularly to a cryogenic refrigeration system that can increase the heat radiation efficiency.
일반적으로 극저온 냉동기는 초전도체 또는 소형 전자부품 등을 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 극저온 냉동기는 스터링 냉동기(Stirling refrigerator), 지엠 냉동기(GM refrigerator), 및 줄-톰슨 냉동기(Joule-Thomson refrigerator)를 포함할 수 있다. 이와 같은 극저온 냉동기는 헬륨 혹은 수소 등의 작동유체의 팽창 과정을 통해 냉동출력(refrigeration output)을 발생시킬 수 있다. 팽창 과정은 압축 과정의 발열을 수반할 수 있다. 때문에 극저온 냉동기는 방열기에 의해 냉각될 수 있다. 일반적인 극저온 냉동기는 이중 방열기에 의해 냉각될 수 있다. 이중 방열기는 수냉식 방열기와 증기 압축 냉동기를 포함할 수 있다. 수냉식 방열기는 극저온 냉동기를 냉각할 수 있다. 수냉식 방열기는 증기 압축 냉동기에 의해 냉각될 수 있다. 하지만, 수냉식 방열기는 냉각 효율이 낮은 물을 냉매로 사용하기 때문에 극저온 냉동기의 방열 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 더불어 수냉식 방열기와 증기 압축 냉동기는 극저온 냉동기의 운전 비용을 증가시켜 생산성을 떨어뜨릴 수 있다. In general, cryogenic freezers may be used to cool superconductors or small electronic components. For example, the cryogenic freezer may include a Stirling refrigerator, a GM refrigerator, and a Joule-Thomson refrigerator. Such cryogenic freezers may generate refrigeration output through expansion of a working fluid such as helium or hydrogen. The expansion process may involve exothermicity of the compression process. The cryogenic freezer can then be cooled by the radiator. Common cryogenic freezers can be cooled by dual radiators. The dual radiator may include a water cooled radiator and a vapor compression freezer. The water cooled radiator can cool the cryogenic freezer. The water cooled radiator can be cooled by a vapor compression freezer. However, since the water-cooled radiator uses water having low cooling efficiency as the refrigerant, it may reduce the heat radiation efficiency of the cryogenic freezer. In addition, water-cooled radiators and steam compressors can reduce the productivity by increasing the operating costs of cryogenic freezers.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 방열 효율을 증가시킬 수 있는 극저온 냉동 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigeration system that can increase the heat radiation efficiency.
또한, 본 발명의 다른 과제는 극저온 냉동기의 운전비용을 최소화할 수 있는 극저온 냉동 시스템을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a cryogenic refrigeration system that can minimize the operating cost of the cryogenic freezer.
본 발명은 극저온 냉동 시스템을 개시한다. 그의 시스템은, 극저온 냉동기; 및 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 방열 모듈을 포함한다. 여기서, 상기 방열 모듈은: 상기 극저온 냉동기에 이격하여 배치되고, 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 냉매를 응축하는 응축기; 및 상기 극저온 냉동기에 연결되고, 상기 냉매를 상기 극저온 냉동기와 상기 응축기 사이에 순환시켜 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 열 교환기를 포함할 수 있다.The present invention discloses a cryogenic refrigeration system. Its system includes a cryogenic freezer; And a heat dissipation module for cooling the cryogenic freezer. The heat dissipation module may include: a condenser disposed spaced apart from the cryogenic freezer and condensing a refrigerant cooling the cryogenic freezer; And a heat exchanger connected to the cryogenic freezer and circulating the refrigerant between the cryogenic freezer and the condenser to cool the cryogenic freezer.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 극저온 냉동 시스템은 동력 생성 부와, 상기 동력 생성 부에서 생성되는 동력을 변환하는 동력 변환 부와, 상기 동력 변환 부에서 변환된 동력으로 가스를 냉각하는 가스 냉각 부를 포함하는 극저온 냉동기; 및 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 냉매를 상기 동력 생성부, 상기 동력 변환 부, 및 상기 가스 냉각 부에 순환시키는 방열 모듈을 포함한다The cryogenic refrigeration system according to another embodiment of the present invention includes a power generation unit, a power conversion unit for converting the power generated by the power generation unit, and a gas cooling unit for cooling the gas by the power converted in the power conversion unit. Cryogenic freezer; And a heat dissipation module configured to circulate a refrigerant for cooling the cryogenic freezer to the power generation unit, the power conversion unit, and the gas cooling unit.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 극저온 냉동 시스템은 물보다 흡열 효율이 높은 냉매를 사용하여 극저온 냉동기의 방열 효율을 증가시킬 수 있다. 극저온 냉동기는 방열 모듈에 직접 냉각되기 때문에 운전 비용이 최소화될 수 있다. As described above, the cryogenic refrigeration system according to the embodiments of the present invention may increase the heat dissipation efficiency of the cryogenic freezer by using a refrigerant having higher endothermic efficiency than water. Since the cryogenic freezer is cooled directly to the heat dissipation module, operating costs can be minimized.
도 1은 본 발명의 극저온 냉동 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example of the cryogenic refrigeration system of the present invention.
도 2는 도 1의 극저온 냉동기를 보여주는 도면이다.2 is a view showing the cryogenic freezer of FIG.
도 3은 도 1의 극저온 냉동 시스템의 다른 예를 보여주는 도면이다.3 is a view showing another example of the cryogenic refrigeration system of FIG.
도 4는 도 1의 극저온 냉동 시스템의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.4 is a view showing another example of the cryogenic refrigeration system of FIG.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosure is thorough and complete, and that the spirit of the invention to those skilled in the art will fully convey, the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 챔버, 유닛, 암, 링크, 블레이드, 모터, 풀리, 회전축, 및 벨트 등에 관계되는 일반적인 기계적 용어들로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, including and / or comprising the components, steps, operations and / or elements mentioned exclude the presence or addition of one or more other components, steps, operations and / or elements. I never do that. It will also be understood in the specification that general mechanical terms relate to chambers, units, arms, links, blades, motors, pulleys, rotating shafts, belts, and the like. Since it is according to a preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 1은 본 발명의 극저온 냉동 시스템(10)의 일 예를 보여준다. 도 2는 도 1의 극저온 냉동기(100)를 보여준다. 1 shows an example of the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention. FIG. 2 shows the cryogenic freezer 100 of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 극저온 냉동 시스템(10)은 극저온 냉동기(100)와 방열 모듈(200)을 포함할 수 있다. 극저온 냉동기(100)는 극저온으로 냉각될 수 있다. 방열 모듈(200)은 극저온 냉동기(100)을 방열시킬 수 있다.1 and 2, the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention may include a cryogenic freezer 100 and a heat dissipation module 200. The cryogenic freezer 100 may be cooled to cryogenic temperatures. The heat dissipation module 200 may dissipate the cryogenic freezer 100.
극저온 냉동기(100)는 스털링 극저온 냉동기를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 극저온 냉동기(100)는 동력 발생 부(110), 동력 변환 부(120), 가스 냉각 부(130)를 포함할 수 있다. The cryogenic freezer 100 may include a sterling cryogenic freezer. According to one example, the cryogenic freezer 100 may include a power generator 110, a power converter 120, and a gas cooling unit 130.
동력 발생 부(110)는 외부의 전원(power)에 의해 회전 동력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 동력 발생 부(110)는 모터를 포함할 수 있다. 동력 발생 부(110)는 동력 변환 부(120)에 연결될 수 있다. 동력 발생 부(110)는 상온 보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 동력 발생 부(110)는 약 30℃이상으로 가열될 수 있다. The power generation unit 110 may generate rotational power by an external power source. For example, the power generation unit 110 may include a motor. The power generator 110 may be connected to the power converter 120. The power generation unit 110 may be heated to a temperature higher than room temperature. The power generation unit 110 may be heated to about 30 ° C or more.
동력 변환 부(120)는 회전 동력을 왕복 직선 동력으로 변환할 수 있다. 동력 변환 부(120)는 샤프트(122), 캠(124), 복수개의 커넥팅 로드들(126), 및 하우징(128)을 포함할 수 있다. 샤프트(122)는 동력 발생 부(110)에 연결될 수 있다. 캠(124)은 샤프트(122)와 커넥팅 로드들(126) 사이에 연결될 수 있다. 커넥팅 로드들(126)은 가스 냉각 부(130)에 연장될 수 있다. 하우징(128)은 캠(124)을 둘러쌀 수 있다. 하우징(128)은 가스 냉각 부(130)에 연결될 수 있다.The power converter 120 may convert rotational power into reciprocating linear power. The power converter 120 may include a shaft 122, a cam 124, a plurality of connecting rods 126, and a housing 128. The shaft 122 may be connected to the power generator 110. The cam 124 may be connected between the shaft 122 and the connecting rods 126. The connecting rods 126 may extend to the gas cooling unit 130. Housing 128 may surround cam 124. The housing 128 may be connected to the gas cooling unit 130.
오일(121)은 하우징(128) 내에 제공될 수 있다. 오일(121)은 샤프트(122), 캠(124), 커넥팅 로드들(126)의 동작에 의해 가열될 수 있다. Oil 121 may be provided in housing 128. The oil 121 may be heated by the operation of the shaft 122, the cam 124, and the connecting rods 126.
가스 냉각 부(130)는 동력 변환 부(120) 상에 배치될 수 있다. 가스 냉각 부(130)는 가스(131)를 극저온으로 냉각할 수 있다. 가스(131)는 헬륨 가스를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 가스 냉각 부(130)는 실린더(132), 디스플레이서(140), 및 피스톤(150)을 포함할 수 있다. 실린더(132)는 동력 변환 부(120) 상에 연결될 수 있다. 가스(131)는 실린더(132) 내에 제공될 수 있다. 디스플레이서(140) 및 피스톤(150)은 커넥팅 로드들(126)에 연결되어 실린더(132) 내에서 왕복(up and down)하여 이동될 수 있다. 디스플레이서(140)는 피스톤(150) 상에 배치될 수 있다. 커넥팅 로드들(126) 중 하나는 피스톤(150)을 관통할 수 있다.The gas cooling unit 130 may be disposed on the power conversion unit 120. The gas cooling unit 130 may cool the gas 131 to cryogenic temperatures. The gas 131 may include helium gas. According to an example, the gas cooling unit 130 may include a cylinder 132, a displacer 140, and a piston 150. The cylinder 132 may be connected on the power converter 120. Gas 131 may be provided in cylinder 132. The displacer 140 and the piston 150 may be connected to the connecting rods 126 to move up and down within the cylinder 132. The displacer 140 may be disposed on the piston 150. One of the connecting rods 126 may pass through the piston 150.
실린더(132)는 가스 팽창 영역(134), 가스 압축 영역(136), 및 피스톤 이동 영역(138)을 포함할 수 있다. 가스 팽창 영역(134)은 가스 압축 영역(136) 상에 배치될 수 있다. 디스플레이서(140)는 커넥팅 로드들(126) 중 하나에 연결되어 가스 팽창 영역(134)과 가스 압축 영역(136) 내에서 왕복 이동될 수 있다. 디스플레이서(140)는 가스 팽창 영역(134) 내의 가스(131)를 팽창시켜 냉각시킬 수 있다. 따라서, 가스 팽창 영역(134)은 냉각 영역일 수 있다. 가스 압축 영역(136)은 커넥팅 로드들(126)의 나머지에 연결되어 가스 팽창 영역(134)과 피스톤 이동 영역(138) 사이에 배치될 수 있다. 피스톤(150)은 피스톤 이동 영역(138) 내에서 왕복하여 이동될 수 있다. 이와 달리, 피스톤 이동 영역(138)은 커넥팅 로드들(126) 중의 하나의 통과 영역일 수 있다. 디스플레이서(140)와 피스톤(150)은 가스 압축 영역(136) 내의 가스(131)를 압축할 수 있다. 압축된 가스(131)는 가스 압축 영역(136)의 실린더(132)를 가열할 수 있다. 가스 압축 영역(136)은 가열 영역일 수 있다. The cylinder 132 may include a gas expansion region 134, a gas compression region 136, and a piston movement region 138. Gas expansion zone 134 may be disposed on gas compression zone 136. The displacer 140 may be connected to one of the connecting rods 126 to reciprocate within the gas expansion region 134 and the gas compression region 136. The displacer 140 may expand and cool the gas 131 in the gas expansion region 134. Thus, the gas expansion zone 134 may be a cooling zone. The gas compression region 136 may be connected to the rest of the connecting rods 126 and disposed between the gas expansion region 134 and the piston movement region 138. The piston 150 may move reciprocally in the piston movement region 138. Alternatively, the piston movement region 138 may be a passage region of one of the connecting rods 126. Displacer 140 and piston 150 may compress gas 131 in gas compression region 136. The compressed gas 131 may heat the cylinder 132 of the gas compression region 136. The gas compression zone 136 may be a heating zone.
방열 모듈(200)은 동력 발생 부(110), 동력 변환 부(120), 및 가스 냉각 부(130)에 냉매를 순환 공급하여 극저온 냉동기(100)를 직접 냉각시킬 수 있다. 직접 냉각 방식은 일반적인 이중 방열기보다 작은 크기를 갖고 유지 비용이 줄어들 수 있다. 따라서, 본 발명의 극저온 냉동 시스템(10)은 운전 비용을 감소시킬 수 있다. The heat dissipation module 200 may directly cool the cryogenic refrigerator 100 by circulating a refrigerant to the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130. Direct cooling has a smaller size than a typical dual radiator and can reduce maintenance costs. Thus, the cryogenic refrigeration system 10 of the present invention can reduce the running cost.
일 예에 따르면, 방열 모듈(200)은 응축기(210), 압축기(220), 열 교환기들(230), 냉매 팽창기(240), 냉매 공급 라인(250) 및 냉매 회수 라인(260)을 포함할 수 있다. 응축기(210)는 냉매를 응축할 수 있다. 압축기(220)는 응축기(210)에 연결될 수 있다. 압축기(220)는 냉매를 압축할 수 있다. 일 예에 따르면, 냉매는 R22, R123, R134a, HFC-407C, HFC-407A 또는 R-123yf를 포함할 수 있다. 냉매는 물보다 낮은 응고점과 기화점을 가질 수 있다. 예를 들어, 63K의 극저온 냉동기(100)에 대해 약 15℃의 물을 30℃로 열 교환시킬 경우, 물은 약 0.2625의 방열 효율(COP)을 가질 수 있다. 반면, 약 -30℃의 R22를 -15℃로 열 교환시킬 경우, R22는 약 0.323의 방열 효율을 가질 수 있다. R22의 냉매는 물보다 방열 효율을 증가시킬 수 있다. 열 교환기들(230)은 동력 발생 부(110), 동력 변환 부(120), 및 가스 냉각 부(130)에 연결될 수 있다. 냉매 공급 라인(250)은 응축기(210)와 열 교환기들(230) 사이에 연결될 수 있다. 냉매 팽창기(240)는 냉매 공급 라인(250)에 연결될 수 있다. 냉매 회수 라인(260)은 압축기(220)와 열 교환기들(230) 사이에 연결될 수 있다.According to an example, the heat dissipation module 200 may include a condenser 210, a compressor 220, heat exchangers 230, a refrigerant expander 240, a refrigerant supply line 250, and a refrigerant recovery line 260. Can be. The condenser 210 may condense the refrigerant. The compressor 220 may be connected to the condenser 210. The compressor 220 may compress the refrigerant. According to one example, the refrigerant may include R22, R123, R134a, HFC-407C, HFC-407A or R-123yf. The refrigerant may have a lower freezing point and vaporization point than water. For example, when heat exchanged about 15 ° C. water to 30 ° C. for a 63K cryogenic freezer 100, the water may have a heat dissipation efficiency (COP) of about 0.2625. On the other hand, when heat exchange of R22 of about -30 ° C to -15 ° C, R22 may have a heat dissipation efficiency of about 0.323. The refrigerant in R22 can increase heat dissipation efficiency over water. The heat exchangers 230 may be connected to the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130. The refrigerant supply line 250 may be connected between the condenser 210 and the heat exchangers 230. The refrigerant expander 240 may be connected to the refrigerant supply line 250. The refrigerant recovery line 260 may be connected between the compressor 220 and the heat exchangers 230.
응축기(210)는 냉매를 액화시킬 수 있다. 응축기(210)는 수냉식 응축기 또는 공냉식 응축기를 포함할 수 있다. The condenser 210 may liquefy the refrigerant. The condenser 210 may include a water cooled condenser or an air cooled condenser.
냉매 팽창기(240)는 응축기(210)와 열 교환기들(230) 사이에 배치될 수 있다. 냉매 팽창기(240)는 냉매를 기화시켜 냉각시킬 수 있다. 냉각된 냉매는 냉매 공급 라인(250)을 통해 열 교환기들(230)에 제공될 수 있다. 냉매는 열 교환기들(230)에서 가열될 수 있다.The refrigerant expander 240 may be disposed between the condenser 210 and the heat exchangers 230. The refrigerant expander 240 may vaporize and cool the refrigerant. The cooled refrigerant may be provided to the heat exchangers 230 via the refrigerant supply line 250. The refrigerant may be heated in the heat exchangers 230.
압축기(220)는 가열된 냉매를 일정한 압력으로 응축기(210)에 제공할 수 있다. 냉매는 가스 상태로 응축기(210)에 제공될 수 있다. 냉매는 열 교환기들(230)과 응축기(210) 사이에 순환될 수 있다. The compressor 220 may provide the heated refrigerant to the condenser 210 at a constant pressure. The refrigerant may be provided to the condenser 210 in a gas state. The refrigerant may be circulated between the heat exchangers 230 and the condenser 210.
열 교환기들(230)은 동력 발생 부(110), 동력 변환 부(120), 및 가스 냉각 부(130)를 냉각할 수 있다. 일 예에 따르면, 열 교환기들(230)은 가스 열 교환기(232), 오일 열 교환기(234), 및 모터 열 교환기(236)를 포함할 수 있다.The heat exchangers 230 may cool the power generator 110, the power converter 120, and the gas cooling unit 130. According to one example, heat exchangers 230 may include a gas heat exchanger 232, an oil heat exchanger 234, and a motor heat exchanger 236.
가스 열 교환기(232)는 압축 영역(136)에 배치될 수 있다. 가스 열 교환기(232)는 압축 영역(136)의 실린더(132)를 냉각할 수 있다. 열 교환 공급 라인(233)은 가스 열 교환기(232)과 오일 열 교환기(234)를 연결할 수 있다. 열 교환 회수 라인(235)은 가스 열 교환기(232)와 모터 열 교환기(236)를 연결할 수 있다. 냉매는 오일 열 교환기(234), 가스 열 교환기(232), 및 모터 열 교환기(236)에 순차적으로 제공될 수 있다. 가스 열 교환기(232) 둘레에 제 1 보호 커버(312)가 배치될 수 있다. 제 1 보호 커버(312)는 가스 열 교환기(232)를 보호할 수 있다. 이와 달리, 제 1 보호 커버(312)는 가스 열 교환기(232)의 냉각에 따른 이슬 맺힘을 방지할 수 있다. Gas heat exchanger 232 may be disposed in the compression zone 136. The gas heat exchanger 232 may cool the cylinder 132 of the compression zone 136. The heat exchange supply line 233 may connect the gas heat exchanger 232 and the oil heat exchanger 234. The heat exchange recovery line 235 may connect the gas heat exchanger 232 and the motor heat exchanger 236. The refrigerant may be provided sequentially to the oil heat exchanger 234, the gas heat exchanger 232, and the motor heat exchanger 236. A first protective cover 312 may be disposed around the gas heat exchanger 232. The first protective cover 312 can protect the gas heat exchanger 232. In contrast, the first protective cover 312 may prevent dew condensation due to the cooling of the gas heat exchanger 232.
오일 열 교환기(234)는 동력 변환 부(120)에 배치될 수 있다. 오일 열 교환기(234)는 동력 변환 부(120) 내의 오일을 냉각할 수 있다. 오일 열 교환기(234)는 냉매 공급 라인(250)에 연결될 수 있다. 열 교환기(234)의 둘레에 제 2 보호 커버(314)가 배치될 수 있다. 제 2 보호 커버(314)는 오일 열 교환기(234)를 보호할 수 있다.The oil heat exchanger 234 may be disposed in the power converter 120. The oil heat exchanger 234 may cool the oil in the power converter 120. The oil heat exchanger 234 may be connected to the refrigerant supply line 250. A second protective cover 314 may be disposed around the heat exchanger 234. The second protective cover 314 can protect the oil heat exchanger 234.
모터 열 교환기(236)는 동력 발생 부(110)에 배치될 수 있다. 모터 열 교환기(236)는 동력 발생 부(110)를 냉각할 수 있다. 모터 열 교환기(236)는 냉매 회수 라인(260)에 연결될 수 있다. The motor heat exchanger 236 may be disposed in the power generator 110. The motor heat exchanger 236 may cool the power generating unit 110. Motor heat exchanger 236 may be connected to refrigerant recovery line 260.
도 3은 도 1의 극저온 냉동 시스템(10)의 다른 예를 보여준다.3 shows another example of the cryogenic refrigeration system 10 of FIG. 1.
도 3을 참조하면, 방열 모듈(200)은 제 1 압력 트랜스듀서(272), 제 1 온도 센서(274), 및 순환 유량 제어기(276)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the heat dissipation module 200 may include a first pressure transducer 272, a first temperature sensor 274, and a circulating flow controller 276.
제 1 압력 트랜스듀서(272)는 열 교환기들(230)과 압축기(220) 사이의 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 제 1 압력 트랜스듀서(272)는 냉매의 압력을 검출할 수 있다. The first pressure transducer 272 may be disposed in the refrigerant recovery line 260 between the heat exchangers 230 and the compressor 220. The first pressure transducer 272 may detect the pressure of the refrigerant.
제 1 온도 센서(274)는 제 1 압력 트랜스듀서(272)에 인접하는 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 제 1 온도 센서(274)는 냉매의 온도를 검출할 수 있다. The first temperature sensor 274 may be disposed in the refrigerant recovery line 260 adjacent to the first pressure transducer 272. The first temperature sensor 274 may detect the temperature of the refrigerant.
순환 유량 제어기(276)는 제 1 압력 트랜스듀서(272), 제 1 온도 센서(274), 및 냉매 팽창기(240)에 연결될 수 있다. 또한, 순환 유량 제어기(276)는 제 1 압력 트랜스듀서(272) 및 제 1 온도 센서(274)의 온도 및 압력의 감지 신호를 수신할 수 있다. 냉매의 순환 유량은 온도 및 압력에 근거하여 제어될 수 있다. 냉매 팽창기(240)는 순환 유량 제어기(276)의 제어 신호에 따라 냉매의 순환 유량을 조절할 수 있다.The circulating flow controller 276 may be connected to the first pressure transducer 272, the first temperature sensor 274, and the refrigerant expander 240. In addition, the circulation flow controller 276 may receive a detection signal of the temperature and the pressure of the first pressure transducer 272 and the first temperature sensor 274. The circulation flow rate of the refrigerant may be controlled based on the temperature and the pressure. The refrigerant expander 240 may adjust the circulation flow rate of the refrigerant according to the control signal of the circulation flow controller 276.
극저온 냉동기(100), 방열 모듈(200)의 응축기(210), 압축기(220), 열 교환기들(230), 냉매 팽창기(240), 냉매 공급 라인(250), 및 냉매 회수 라인(260)은 도 1 및 도 2와 동일할 수 있다.The cryogenic refrigerator 100, the condenser 210 of the heat dissipation module 200, the compressor 220, the heat exchangers 230, the refrigerant expander 240, the refrigerant supply line 250, and the refrigerant recovery line 260 are 1 and 2 may be the same.
도 4는 도 1의 극저온 냉동 시스템(10)의 또 다른 예를 보여준다.4 shows another example of the cryogenic refrigeration system 10 of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 방열 모듈(200)은 제 2 온도 센서(282), 제 2 압력 트랜스듀서(284), 바이패스 밸브(286), 바이패스 제어기(288), 바이패스 라인(290), 및 감온통(sensitive heat tube, 292)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the heat dissipation module 200 includes a second temperature sensor 282, a second pressure transducer 284, a bypass valve 286, a bypass controller 288, a bypass line 290, And a sensitive heat tube 292.
제 2 온도 센서(282)는 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 제 2 온도 센서(282)는 냉매의 온도를 감지할 수 있다. The second temperature sensor 282 may be disposed in the refrigerant recovery line 260. The second temperature sensor 282 may detect the temperature of the refrigerant.
제 2 압력 트랜스듀서(284)는 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 제 2 압력 트랜스듀서(284)는 냉매의 압력을 감지할 수 있다. The second pressure transducer 284 may be disposed in the refrigerant recovery line 260. The second pressure transducer 284 may detect the pressure of the refrigerant.
바이패스 밸브(286)는 응축기(210)와 압축기(220) 사이의 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 바이패스 밸브(286)는 바이패스 라인(290)에 연결될 수 있다. 바이패스 밸브(286)는 3 웨이 밸브를 포함할 수 있다. Bypass valve 286 may be disposed in refrigerant recovery line 260 between condenser 210 and compressor 220. Bypass valve 286 may be connected to bypass line 290. Bypass valve 286 may include a three-way valve.
바이패스 제어기(288)는 바이패스 밸브(286)를 제어할 수 있다. 바이패스 제어기(288)는 제 2 온도 센서(282) 및 제 2 압력 트랜스듀서(284)의 온도 및 압력 신호를 수신할 수 있다. Bypass controller 288 may control bypass valve 286. Bypass controller 288 may receive temperature and pressure signals from second temperature sensor 282 and second pressure transducer 284.
바이패스 라인(290)은 응축기(210)을 우회하여 냉매 회수 라인(260)과 냉매 공급 라인(250)을 연결할 수 있다. 일 예에 따르면, 바이패스 라인(290)은 바이패스 라인(290)는 바이패스 밸브(286)에서 분기될 수 있다. 바이패스 라인(290)은 열 교환기들(230)과 냉매 팽창기(240) 사이의 냉매 공급 라인(250)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 바이패스 제어기(288)는 냉매 회수 라인(260)의 냉매의 온도가 낮으면, 냉매를 바이패스 라인(290)을 통해 냉매 회수 라인(260)에서 냉매 공급 라인(250)으로 우회시킬 수 있다. 이와 달리, 냉매 회수 라인(260) 내의 냉매의 압력이 높으면, 바이패스 제어기(288)는 냉매를 냉매 회수 라인(260)에서 냉매 공급 라인(250)으로 우회시킬 수 있다.The bypass line 290 may bypass the condenser 210 to connect the refrigerant recovery line 260 and the refrigerant supply line 250. According to one example, bypass line 290 may bypass branch 290 at bypass valve 286. Bypass line 290 may be connected to refrigerant supply line 250 between heat exchangers 230 and refrigerant expander 240. For example, the bypass controller 288 bypasses the refrigerant from the refrigerant recovery line 260 to the refrigerant supply line 250 through the bypass line 290 when the temperature of the refrigerant in the refrigerant recovery line 260 is low. You can. Alternatively, if the pressure of the refrigerant in the refrigerant recovery line 260 is high, the bypass controller 288 may divert the refrigerant from the refrigerant recovery line 260 to the refrigerant supply line 250.
감온통(292)은 냉매 회수 라인(260)에 배치될 수 있다. 감온통(292)는 냉매 팽창기(240)에 연결될 수 있다. 감온통(292)은 냉매 회수 라인(260) 내의 냉매의 온도를 검출할 수 있다. 감온통(292)은 냉매의 온도에 따라 냉매 팽창기(240)를 단속할 수 있다. 감온통(292)은 냉매 팽창기(240)의 턴온 신호 및 턴오프 신호를 출력할 수 있다. 냉매의 온도가 높으면, 감온통(292)은 턴온 신호를 출력할 수 있다. 냉매의 온도가 낮으면, 감온통(292)은 턴오프 신호를 출력할 수 있다. The thermostat 292 may be disposed in the refrigerant recovery line 260. The thermostat 292 may be connected to the refrigerant expander 240. The thermostat 292 may detect the temperature of the refrigerant in the refrigerant recovery line 260. The thermostat 292 may control the refrigerant expander 240 according to the temperature of the refrigerant. The thermostat 292 may output a turn on signal and a turn off signal of the refrigerant expander 240. If the temperature of the refrigerant is high, the thermostat 292 may output a turn-on signal. When the temperature of the refrigerant is low, the thermostat 292 may output a turn off signal.
극저온 냉동기(100), 방열 모듈(200)의 응축기(210), 압축기(220), 열 교환기들(230), 냉매 팽창기(240), 냉매 공급 라인(250), 및 냉매 회수 라인(260)은 도 1 및 도 2와 동일할 수 있다.The cryogenic refrigerator 100, the condenser 210 of the heat dissipation module 200, the compressor 220, the heat exchangers 230, the refrigerant expander 240, the refrigerant supply line 250, and the refrigerant recovery line 260 are 1 and 2 may be the same.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that it can be. Therefore, it should be understood that the embodiments and the applications described above are exemplary in all respects and not restrictive.
본 발명의 실시 예에 따른 극저온 냉동기는 방열 효율을 증가시킬 수 있기 때문에 운전 비용을 최소화할 수 있다. 그리고, 극저온 냉동기는 저온 초전도체 또는 고온 초전도체를 효과적으로 냉각할 수 있다. 초전도체는 발전소, 변전소, 자기공명장치, 자기부상 열차 및 초전도체 연구소의 소스 재료로 사용될 수 있다. 극저온 냉동기는 초전도체 기술에서 널리 사용될 수 있다. 나아가, 극저온 냉동기는 금속 극저온 금속 인장 테스트 장치에 탑재될 수도 있다. Since the cryogenic freezer according to the embodiment of the present invention can increase the heat radiation efficiency, it is possible to minimize the operating cost. The cryogenic freezer can effectively cool the low temperature superconductor or the high temperature superconductor. Superconductors can be used as source materials for power plants, substations, magnetic resonance devices, magnetic levitation trains and superconductor laboratories. Cryogenic freezers can be widely used in superconductor technology. Furthermore, the cryogenic freezer may be mounted in a metal cryogenic metal tensile test apparatus.

Claims (20)

  1. 극저온 냉동기; 및Cryogenic freezer; And
    상기 극저온 냉동기를 냉각하는 방열 모듈을 포함하되,Including a heat dissipation module for cooling the cryogenic freezer,
    상기 방열 모듈은: The heat dissipation module is:
    상기 극저온 냉동기에 이격하여 배치되고, 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 냉매를 응축하는 응축기; 및A condenser disposed spaced apart from the cryogenic freezer and condensing a refrigerant for cooling the cryogenic freezer; And
    상기 극저온 냉동기에 연결되고, 상기 냉매를 상기 극저온 냉동기와 상기 응축기 사이에 순환시켜 상기 극저온 냉동기를 냉각하는 열 교환기를 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a heat exchanger coupled to the cryogenic freezer and circulating the refrigerant between the cryogenic freezer and the condenser to cool the cryogenic freezer.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 극저온 냉동기는 가스를 팽창시켜 상기 가스를 냉각하는 가스 냉각 부를 포함하되,The cryogenic freezer includes a gas cooling unit for expanding the gas to cool the gas,
    상기 열 교환기는 상기 가스 냉각 부를 냉각하는 제 1 열 교환기를 포함하는 극저온 냉동 시스템.And the heat exchanger comprises a first heat exchanger for cooling the gas cooling section.
  3. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 가스 냉각 부는:The gas cooling section is:
    상기 가스를 팽창시키는 팽창 영역과, 상기 팽창 영역 아래의 압축 영역을 포함하는 실린더;A cylinder including an expansion zone for expanding the gas and a compression zone below the expansion zone;
    상기 실린더 내에 배치되고 상기 팽창 영역과 상기 압축 영역 사이에 이동되는 디스플레이서; 및A displacer disposed within the cylinder and moved between the expansion zone and the compression zone; And
    상기 디스플레이서 아래에 배치되고, 상기 압축 영역에서 이동되는 피스톤을 포함하되,A piston disposed below said displacer, said piston being moved in said compression zone,
    상기 제 1 열 교환기는 상기 압축 영역에 배치되는 극저온 냉동 시스템.And the first heat exchanger is disposed in the compression zone.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 극저온 냉동기는 디스플레이서 및 상기 피스톤에 제공되는 동력을 생성하는 동력 발생 부를 더 포함하되,The cryogenic freezer further includes a power generating unit for generating power provided to the displacer and the piston,
    상기 열 교환기는 상기 동력 발생 부를 냉각하는 제 2 열 교환기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And the heat exchanger further comprises a second heat exchanger for cooling the power generating section.
  5. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 극저온 냉동기는 상기 실린더 아래에 배치되고, 상기 동력 발생 부에서 발생된 상기 동력을 변환하는 동력 변환 부를 더 포함하되,The cryogenic refrigerator further includes a power conversion unit disposed below the cylinder and converting the power generated by the power generation unit.
    상기 열 교환기는 상기 동력 변환 부를 냉각하는 제 3 열 교환기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And the heat exchanger further comprises a third heat exchanger for cooling the power conversion section.
  6. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기를 연결하는 열 교환 회수 라인; 및A heat exchange recovery line connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger; And
    상기 제 1 열 교환기와 상기 제 3 열 교환기를 연결하는 열 교환 공급 라인을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a heat exchange supply line connecting said first heat exchanger to said third heat exchanger.
  7. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 제 2 열 교환기와 상기 응축기 사이에 연결되어 상기 냉매를 회수하는 냉매 회수 라인; 및A refrigerant recovery line connected between the second heat exchanger and the condenser to recover the refrigerant; And
    상기 제 3 열 교환기와 상기 응축기 사이에 연결되어 상기 냉매를 공급하는 냉매 공급 라인을 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a refrigerant supply line connected between the third heat exchanger and the condenser to supply the refrigerant.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매를 압축하는 압축기; 및A compressor disposed in the refrigerant recovery line to compress the refrigerant; And
    상기 냉매 공급 라인에 배치되어 상기 냉매를 팽창시키는 팽창기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And an expander disposed in the refrigerant supply line to expand the refrigerant.
  9. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 압축기와 상기 제 2 열 교환기 사이의 상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매의 압력을 감지하는 제 1 압력 트랜스듀서;A first pressure transducer disposed in the refrigerant recovery line between the compressor and the second heat exchanger to sense a pressure of the refrigerant;
    상기 제 1 압력 트랜듀서에 인접하는 상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매의 온도를 감지하는 제 1 온도 센서; 및A first temperature sensor disposed in the refrigerant recovery line adjacent to the first pressure transducer to sense a temperature of the refrigerant; And
    상기 제 1 압력 트랜스듀서 및 상기 제 1 온도 센서의 압력 감지 신호 및 온도 감지 신호를 수신하여 상기 팽창기를 제어하는 순환 유량 제어기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.The cryogenic refrigeration system further comprises a circulating flow rate controller for receiving the pressure sense signal and the temperature sense signal of the first pressure transducer and the first temperature sensor to control the expander.
  10. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 압축기와 상기 응축기 사이의 상기 냉매 회수 라인에 배치된 바이패스 밸브; 및A bypass valve disposed in the refrigerant recovery line between the compressor and the condenser; And
    상기 바이패스 밸브에서 분기되고, 상기 응축기를 우회하여 상기 팽창기와 상기 제 3 열 교환기 사이의 상기 냉매 공급 라인에 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a bypass line branched from the bypass valve and bypassing the condenser and connected to the refrigerant supply line between the expander and the third heat exchanger.
  11. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 압축기와 상기 제 2 열 교환기 사이의 상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매의 압력을 감지하는 제 2 압력 트랜스듀서;A second pressure transducer disposed in the refrigerant recovery line between the compressor and the second heat exchanger to sense a pressure of the refrigerant;
    상기 제 2 압력 트랜스듀서에 인접하는 상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매의 온도를 감지하는 제 2 온도 센서; 및A second temperature sensor disposed in the refrigerant recovery line adjacent to the second pressure transducer to sense a temperature of the refrigerant; And
    상기 제 2 압력 트랜스듀서 및 상기 제 2 온도 센서의 압력 감지 신호와 온도 감지 신호를 수신하여 상기 바이패스 밸브를 제어하는 바이패스 제어기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a bypass controller configured to control the bypass valve by receiving a pressure sensing signal and a temperature sensing signal of the second pressure transducer and the second temperature sensor.
  12. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 압축기와 상기 제 2 열 교환기 사이의 상기 냉매 회수 라인에 배치되고, 상기 냉매의 온도를 감지하여 상기 팽창기의 턴온 및 턴오프 신호를 출력하는 감온통을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a thermostat disposed on the refrigerant recovery line between the compressor and the second heat exchanger and sensing a temperature of the refrigerant and outputting turn-on and turn-off signals of the expander.
  13. 동력 생성 부와, 상기 동력 생성 부에서 생성되는 동력을 변환하는 동력 변환 부와, 상기 동력 변환 부에서 변환된 동력으로 가스를 냉각하는 가스 냉각 부를 포함하는 극저온 냉동기; 및A cryogenic freezer comprising a power generation unit, a power conversion unit for converting the power generated by the power generation unit, and a gas cooling unit for cooling the gas with the power converted by the power conversion unit; And
    상기 극저온 냉동기를 냉각하는 냉매를 상기 동력 생성부, 상기 동력 변환 부, 및 상기 가스 냉각 부에 순환시키는 방열 모듈을 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a heat dissipation module configured to circulate the refrigerant for cooling the cryogenic refrigerator to the power generation unit, the power conversion unit, and the gas cooling unit.
  14. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 냉매를 응축하는 응축기; 및A condenser to condense the refrigerant; And
    상기 응축기에서 응축되는 냉매를 상기 동력 생성 부, 상기 동력 변환 부, 및 상기 가스 냉각 부에 제공하는 열 교환기를 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a heat exchanger for providing the refrigerant condensed in the condenser to the power generation unit, the power conversion unit, and the gas cooling unit.
  15. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 응축기와 상기 열 교환기 사이에 상기 냉매를 회수하는 냉매 회수 라인; 및A refrigerant recovery line for recovering the refrigerant between the condenser and the heat exchanger; And
    상기 응축기와 상기 열 교환기 사이에 상기 냉매를 공급하는 냉매 회수 라인을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a refrigerant recovery line for supplying said refrigerant between said condenser and said heat exchanger.
  16. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 열 교환기는:The heat exchanger is:
    상기 가스 냉각 부를 냉각하는 제 1 열 교환기;A first heat exchanger for cooling the gas cooling unit;
    상기 동력 생성 부를 냉각하는 제 2 열 교환기; 및A second heat exchanger for cooling the power generation section; And
    상기 동력 변환 부를 냉각하는 제 3 열 교환기를 포함하는 극저온 냉동 시스템. And a third heat exchanger for cooling said power converter.
  17. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기 사이에 상기 냉매를 회수하는 열 교환 냉매 회수 라인; 및A heat exchange refrigerant recovery line for recovering the refrigerant between the first heat exchanger and the second heat exchanger; And
    상기 제 1 열 교환기와 상기 제 3 열 교환기 사이에 상기 냉매를 공급하는 열 교환 냉매 공급 라인을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a heat exchange refrigerant supply line for supplying the refrigerant between the first heat exchanger and the third heat exchanger.
  18. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 가스 냉각 부는 상기 가스를 팽창시키는 팽창 영역과 상기 가스를 압축시키는 압축 영역을 갖는 실린더를 포함하되,The gas cooling unit includes a cylinder having an expansion region for expanding the gas and a compression region for compressing the gas,
    상기 제 1 열 교환기는 상기 압축 영역에 배치되는 상기 극저온 냉동 시스템.And the first heat exchanger is disposed in the compression zone.
  19. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 냉매 회수 라인에 배치되어 상기 냉매를 압축하는 압축기;A compressor disposed in the refrigerant recovery line to compress the refrigerant;
    상기 압축기와 상기 열 교환기 사이에 배치되고, 상기 냉매의 압력을 감지하는 압력 트랜스듀서;A pressure transducer disposed between the compressor and the heat exchanger and configured to sense a pressure of the refrigerant;
    상기 냉매 공급 라인에 배치되어 상기 냉매를 팽창시키는 팽창기; 및An expander disposed in the refrigerant supply line to expand the refrigerant; And
    상기 압력 트랜스듀서의 압력 감지 신호를 수신하여 상기 팽창기를 제어하는 순환 유량 제어기를 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a circulating flow controller for receiving the pressure sensing signal of the pressure transducer to control the inflator.
  20. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 방열 모듈은:The heat dissipation module is:
    상기 냉매 회수 라인에 배치된 바이패스 밸브; 및A bypass valve disposed in the refrigerant recovery line; And
    상기 바이패스 밸브에 연결되고, 상기 응축기를 우회하여 상기 냉매 공급 라인에 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 극저온 냉동 시스템.And a bypass line connected to the bypass valve and bypassing the condenser and connected to the refrigerant supply line.
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