KR100304575B1 - Pulse tube refrigerator - Google Patents
Pulse tube refrigerator Download PDFInfo
- Publication number
- KR100304575B1 KR100304575B1 KR1019990003108A KR19990003108A KR100304575B1 KR 100304575 B1 KR100304575 B1 KR 100304575B1 KR 1019990003108 A KR1019990003108 A KR 1019990003108A KR 19990003108 A KR19990003108 A KR 19990003108A KR 100304575 B1 KR100304575 B1 KR 100304575B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- precooler
- working gas
- driving unit
- heat exchanger
- condenser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
- F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
- F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression 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
- F25B9/145—Compression 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 pulse-tube cycle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
본 발명은 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 본 발명은 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부에 연결되어 그 구동부로부터 유입되는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이의 위상차에 의해 극저온부가 발생되도록 재생기와 맥동관 그리고 위상제어기를 구비한 냉동부와, 압축기와 응축기의 사이에 연통되도록 배치되어 상기 구동부와 냉동부의 사이에 설치되고 상기 구동부에서 펌핑되는 고온의 작동가스로부터 열을 흡수하여 그 열로 응축기에서 유도되는 액냉매를 증발시킴으로써 작동가스가 적정온도를 유지하면서 냉동부의 재생기에 유입되도록 하는 증발기용 예냉기를 포함함으로써, 상기 맥동관 냉동기가 설치된 장소의 외기 온도가 고온인 경우에도 작동가스의 열을 원활하게 방열시킬 수 있어 맥동관 냉동기의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a pulsating tube refrigerator, and the present invention relates to a driving unit for generating a reciprocating motion of a working gas, and the cryogenic portion is generated by a phase difference between the pressure flow and the mass flow of the working gas connected to the driving unit and introduced from the driving unit. A refrigerating unit having a regenerator, a pulsating tube, and a phase controller, and arranged to communicate between the compressor and the condenser and absorbing heat from the hot working gas installed between the driving unit and the freezing unit and pumped by the driving unit. By evaporating the liquid refrigerant derived from the condenser to ensure that the operating gas flows into the regenerator of the freezer while maintaining the proper temperature, the heat of the working gas even if the outside air temperature of the place where the pulsating tube refrigerator is installed Heat dissipation of the pulsating tube Can be improved.
Description
본 발명은 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 특히 예냉기를 증발기로 하여 냉매압축식 냉동사이클을 이루도록 하여 작동가스의 열과 구동부의 열을 방열시키는 맥동관 냉동기에 관한 것이다.The present invention relates to a pulsating tube refrigerator, and more particularly, to a pulsating tube refrigerator that dissipates heat of a working gas and heat of a driving unit by forming a refrigerant compression type refrigeration cycle using a precooler as an evaporator.
일반적으로 극저온 냉동기는 소형 전자부품이나 초전도체 등의 냉각을 위하여 사용되는 저진동 고신뢰성의 냉동기로서 주로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator)나 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 또는 줄-톰슨 냉동기(Joule-Thomson Refrigerator) 또는 맥동관 냉동기 등이 널리 알려져 있다.In general, cryogenic freezer is a low vibration, high reliability freezer used for cooling small electronic parts or superconductor, mainly Stirling Refrigerator, GM Refrigerator, Joule-Thomson Refrigerator or Mac. Copper tube refrigerators and the like are widely known.
도 1은 종래 맥동관 냉동기의 일례를 단면하여 보인 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 종래의 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동부(100)와, 그 구동부(100)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동부(200)와, 그 냉동부(200)의 재생기(240)와 구동부(100)의 실린더부(110a) 사이에 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 예냉기(300)로 크게 구분되어 있다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional pulsating tube refrigerator, as shown in the conventional pulsating tube refrigerator, the driving unit 100 for generating a reciprocating motion of the working gas, and pumped by the driving unit 100 While being connected between the refrigerating unit 200 having a cryogenic portion by the thermodynamic cycle of the working gas reciprocating in the tube, and the regenerator 240 of the freezing unit 200 and the cylinder portion 110a of the driving unit 100. The pre-cooler 300 for cooling the high-temperature high-pressure working gas to be pumped first is largely divided.
상기 구동부(100)는 실린더부(110a)가 구비되는 밀폐케이스(110)와, 그 밀폐케이스(110)의 내부에 장착되는 구동모터(120)와, 그 구동모터(120)에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(130)과, 그 구동축(130)에 연결되어 실린더부(110a)의 내부에서 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤(140)과, 상기 밀폐케이스(110)와 구동축(130) 사이의 상부 및 하부에 각각 결합되어 구동모터(120)의 공진운동을 유발시킴과 아울러 피스톤(140)의 직진성을 안내하는 안내용 및 탄성용 지지부재(151,152)로 이루어져 있다.The drive unit 100 is coupled to the drive motor 120 and the drive motor 120 mounted in the sealed case 110, the drive motor 120 mounted inside the sealed case 110, and linear reciprocating linear A drive shaft 130 for movement, a piston 140 connected to the drive shaft 130 to pump a working gas while linearly reciprocating in the cylinder portion 110a, and the sealed case 110 and the drive shaft ( It is coupled to the upper and lower portions between the 130 and induces a resonant movement of the drive motor 120, as well as guide and elastic support members (151, 152) for guiding the straightness of the piston (140).
상기 밀폐케이스(110)는 실린더부(110a)가 형성되는 상부프레임(111)과, 그 상부프레임(111)의 저면에 밀착 결합되어 내부에 상기 안내용 지지부재(151)가 체결됨과 아울러 상기한 구동모터(120)가 고정 장착되는 중간프레임(112)과, 그 중간프레임(112)의 저면에 밀착 결합되어 상기 탄성용 지지부재(152)가 체결되는 하부프레임(113)과, 상기 중간프레임(112) 및 하부프레임(113)을 감싸도록 상부프레임(111)의 하단면에 밀봉 결합되는 제1 밀봉셸(114)로 이루어져 있다.The sealed case 110 is in close contact with the upper frame 111, the cylinder portion (110a) is formed, the bottom of the upper frame 111 is fastened to the guide support member 151 therein and the The intermediate frame 112 to which the drive motor 120 is fixedly mounted, the lower frame 113 to which the elastic support member 152 is fastened by being tightly coupled to the bottom of the intermediate frame 112, and the intermediate frame ( 112 and the first sealing shell 114 sealingly coupled to the bottom surface of the upper frame 111 to surround the lower frame 113.
한편, 상기 냉동부(200)는 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축부에서는 열을 방열시키는 반면 팽창부에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(210)과, 그 맥동관(210)의 압축부에 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 위상제어기(220)와, 그 위상제어기(220)에 연결되는 저장용기(230)와, 상기 맥동관(210)의 팽창부(212)에 연결되어 맥동관(210)으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 되돌아 가는 작동가스의 온도를 보상하는 재생기(240)와, 상기 맥동관(210) 및 위상제어기(220) 및 저장용기(230) 그리고 재생기(240)를 외부와 차단 밀폐시키는 제2 밀봉셸(250)으로 이루어져 있다.On the other hand, the refrigerating unit 200 is a pulsating tube 210 that absorbs the heat in the expansion unit while the heat from the compression unit to the heat generated in the compression operation of the inner working gas is generated at both ends by the pumped working gas, respectively And a phase controller 220 which generates a phase difference between the mass flow and the pressure pulsation of the reciprocating working gas connected to the compression section of the pulsation tube 210 and achieves thermal equilibrium, and the phase controller 220. Compensation for the temperature of the working gas is stored in the storage container 230 and the expansion of the pulsating tube 210 connected to the expansion unit 212 and pumped to the pulsating tube 210, the sensible heat of the working gas is returned The regenerator 240, the pulsation tube 210, the phase controller 220, the storage container 230, and the second sealing shell 250 which seals and seals the regenerator 240 from the outside.
상기 예냉기(300)는 크게 공랭식 또는 수냉식으로 구분되는데, 이 중에서 먼저 공랭식 예냉기는 도 2a에서와 같이, 구리 등의 열전도율이 높은 재질의 원통형상으로 이루어져 그 상단면은 제2 밀봉셸(250)의 하단을 복개하는 베이스 플레이트(P)에 체결되는 반면 그 하단면은 밀폐케이스(110)의 상부프레임(111) 상면에 체결되는 예냉기 몸통(310)과, 그 예냉기 몸통(310)의 내주면에 장착되어 펌핑되는 작동가스의 열을 흡수하는 망상과 같이 다공질 부재의 내부 열교환기(320)와, 상기 예냉기 몸통(310)의 외주면에 부착되어 내부 열교환기(320)로부터 예냉기 몸통(310)으로 전달되는 열을 외부로 방열시키는 외부 열교환기(또는, 냉각핀과 혼용함)(330)로 이루어져 있다.The precooler 300 is largely divided into air-cooled or water-cooled, among which the first air-cooled precooler is made of a cylindrical shape of a material having high thermal conductivity, such as copper, the upper surface of the second sealing shell 250 The lower surface of the precooler body 310 is fastened to the upper surface of the upper frame 111 of the closed case 110 while being fastened to the base plate P, and the inner circumferential surface of the precooler body 310. It is attached to the internal heat exchanger 320 of the porous member and the outer circumferential surface of the precooler body 310 such as a mesh to absorb the heat of the working gas pumped to the precooler body 310 from the internal heat exchanger 320. It consists of an external heat exchanger (or mixed with cooling fins) 330 to radiate heat transferred to the outside.
또한, 수냉식 예냉기는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기한 예냉기 몸통(310)과, 그 예냉기 몸통(310)의 내부에 장착되는 내부 열교환기(320)와, 상기 예냉기 몸통(310)의 외주면에 부착되는 다수개의 냉각핀(330)과, 그 냉각핀(330)의 바깥쪽에 밀폐공간(S)을 두고 감싸지는 단열부재(340)와, 그 단열부재(340)를 관통하여 밀폐 사이클을 이루도록 하여 상기한 밀폐공간(S)에 냉각수를 순환 공급시키는 펌프(350) 및 열교환기(360) 등으로 이루어져 있다.In addition, the water-cooled precooler of the precooler body 310, the internal heat exchanger 320 mounted inside the precooler body 310, and the precooler body 310, as shown in Figure 2b A plurality of cooling fins 330 attached to the outer circumferential surface, a heat insulating member 340 wrapped around the sealing space S on the outside of the cooling fin 330, and a heat insulating cycle through the heat insulating member 340 It consists of a pump 350 and a heat exchanger 360 to circulate and supply the cooling water to the sealed space (S).
도면중 미설명 부호인 211은 온측 열교환기, 212는 냉측 열교환기, 341 및 342는 구멍이 형성된 덮개, 370은 기포 배출관, F는 송풍팬이다.In the figure, reference numeral 211 denotes an on-side heat exchanger, 212 denotes a cold side heat exchanger, 341 and 342 cover a hole formed therein, 370 denotes a bubble discharge pipe, and F denotes a blower fan.
상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 동작과정은 다음과 같다.The operation process of the conventional non-lubricated pulsating tube refrigerator is as follows.
상기 구동모터(120)에 전원이 인가되어 가동자(미부호)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 그 가동자(미부호)에 결합된 구동축(130) 역시 직선 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(130)에 일체로 결합된 피스톤(140)이 실린더부(110a) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 냉동부(200)의 작동가스를 펌핑시키게 된다.When power is applied to the drive motor 120 and the mover (unsigned) linearly reciprocates, the drive shaft 130 coupled to the mover (unsigned) also linearly reciprocates, and the drive shaft ( Piston 140 integrally coupled to 130 to pump the working gas of the freezing unit 200 while linearly reciprocating in the cylinder portion (110a).
이렇게 펌핑되는 작동가스는 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽과 온측 열교환기(211)쪽 사이를 왕복하면서 냉측 열교환기(212)쪽의 열을 온측 열교환기(211)쪽으로 펌핑하여 상기 냉측 열교환기(21)쪽에서 극저온부가 형성되도록 한다.The pumped working gas reciprocates between the cold side heat exchanger 212 side and the warm side heat exchanger 211 side of the pulsation tube 210, and pumps heat from the cold side heat exchanger 212 side to the warm side heat exchanger 211. The cryogenic portion is formed on the cold side heat exchanger 21 side.
이때, 상기 피스톤(140)의 압축행정시 실린더부(110a)에서 밀려나는 압축된 작동가스는 예냉기(300)를 거치면서 소정의 온도로 냉각되면서 재생기(240)로 유입되고, 그 재생기(240)를 거치면서 열교환되어 내부의 현열을 저장한 상태로 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽으로 유입되며, 이 유입되는 작동가스에 의해 상기 맥동관(210)에 충진되어 있던 작동가스가 온측 열교환기(211) 및 위상제어기(220)쪽으로 밀리면서 압축되었다가 상기한 피스톤(140)의 흡입행정시 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽에서 급격히 단열팽창하면서 극저온부를 형성하게 되고, 상기 맥동관(210)으로부터 반출되는 작동가스는 다시 재생기(240)를 거치면서 소정온도로 가열되나 이 작동가스는 상기한 예냉기(300)를 거치면서 방열되어 실린더부(110a)로 반입된다.At this time, the compressed working gas pushed out of the cylinder 110a during the compression stroke of the piston 140 is introduced into the regenerator 240 while being cooled to a predetermined temperature while passing through the precooler 300, and the regenerator 240. Heat exchanged through)) flows into the cold side heat exchanger 212 of the pulsating tube 210 while storing the sensible heat therein, and the working gas filled in the pulsating tube 210 by the introduced working gas is Compressed by pushing toward the on-side heat exchanger 211 and the phase controller 220, and the cryogenic portion is rapidly expanded and adiabatic on the cold-side heat exchanger 212 side of the pulsation tube 210 during the suction stroke of the piston 140. The working gas carried out from the pulsating tube 210 is heated to a predetermined temperature while passing through the regenerator 240, but the working gas is radiated through the precooler 300 and brought into the cylinder part 110a. .
즉, 상기 예냉기가 공랭식인 경우에는 작동가스의 열이 전달된 각냉각핀(330)이 별도의 팬(F)으로부터 뿜어지는 공기에 접촉되면서 방열되는 것이고, 상기 예냉기가 수냉식인 경우에는 펌프에 의해 펌핑되는 냉각수가 외부 열교환기(360)에서 냉각되어 밀폐공간(S)으로 순환 공급되면서 예냉기 몸통(310)이 함유하고 있는 열을 방열시키는 것이었다.That is, when the precooler is air-cooled, each cooling fin 330 to which the heat of the working gas is transmitted is radiated while contacting air emitted from a separate fan F, and when the precooler is water-cooled by a pump The pumped coolant was cooled in the external heat exchanger 360 and circulated to the closed space S to dissipate heat contained in the precooler body 310.
그러나, 상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 예냉기에 있어서는, 그 내부에 망사형의 내부 열교환기(320)가 설치되는 반면 외부에는 전술한 바와 같은 공랭식 또는 수냉식의 외부 열교환기가 설치되어 작동가스 및 구동부(100)에서 발생되는 열을 방열시키는 것이었으나, 상기 공랭식 외부 열교환기 및 수냉식 외부 열교환기는 모두 실제 사용온도가 고온인 경우 방열효과가 저하되어 냉동부(200)로 유입되는 작동가스의 온도를 상승시키게 되고, 이 작동가스의 온도가 상승함에 따라 냉동효과가 저하되어 이를 보상하기 위한 구동부(100)의 동력을 증가시켜야 하므로 냉동기의 전체성능이 저하되는 문제점이 있었다.However, in the pre-cooler of the conventional non-lubricated pulsating tube refrigerator, a mesh type internal heat exchanger 320 is installed inside the outside, while an air-cooled or water cooled external heat exchanger as described above is installed to operate the gas. And it was to heat the heat generated from the drive unit 100, the air-cooled external heat exchanger and the water-cooled external heat exchanger both the temperature of the working gas flowing into the freezing unit 200 is lowered the heat dissipation effect when the actual use temperature is high As the temperature of the working gas is increased, the refrigerating effect is lowered and the power of the driving unit 100 to compensate for this needs to be increased, thereby reducing the overall performance of the refrigerator.
특히, 상기 수냉식 외부 열교환기의 경우에는 수냉 사이클에 냉각수를 완전히 채우기가 어려워 밀폐 사이클을 구성하기도 난해할 뿐만 아니라 기포 발생에 따른 별도의 기포 배출관(370)을 구비시켜야 하나, 이 기포 배출관(370)을 통해 사이클을 순환하는 냉각수가 빠져나가 수시로 냉각수를 재공급하여야 하는 것은 물론 상기 냉각수의 사용에 따른 튜브내 스케일 등의 이물질이 발생되어 별도의 필터(미도시)나 방청제(미도시) 등이 추가로 사용되어야 하는 문제점도 있었다.Particularly, in the case of the water-cooled external heat exchanger, it is difficult to completely fill the cooling water in the water-cooling cycle, and it is difficult to form a closed cycle, and a separate bubble discharge pipe 370 must be provided according to the bubble generation. The coolant circulating through the cycle exits and the coolant must be re-supplied from time to time, as well as foreign substances such as scales in the tube caused by the use of the coolant, and a separate filter (not shown) or a rust inhibitor (not shown) is added. There was also a problem that should be used as.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 무윤활 맥동관 냉동기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 전체적인 구조가 단순하고, 실제로 사용되는 외기의 온도가 고온인 경우에도 원활하게 방열되어 작동가스의 온도가 상승하는 것을 방지함에 따라 냉동기의 전체성능이 향상되는 맥동관 냉동기를 제공하려는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the conventional non-lubricated pulsating tube freezer as described above, the overall structure is simple, even when the temperature of the outside air actually used is a high heat dissipation smoothly to the temperature of the working gas It is an object of the present invention to provide a pulsating tube refrigerator in which the overall performance of the refrigerator is improved as it is prevented from rising.
도 1은 종래 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional pulsating tube refrigerator.
도 2a는 종래 맥동관 냉동기의 공랭식 예냉기 일례를 보인 종단면도.Figure 2a is a longitudinal sectional view showing an example of an air-cooled precooler of a conventional pulsating tube refrigerator.
도 2b는 종래 맥동관 냉동기의 수냉식 예냉기 변형예를 보인 종단면도.Figure 2b is a longitudinal sectional view showing a modification of the water-cooled precooler of the conventional pulsating tube refrigerator.
도 3은 본 발명 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the present invention pulse tube refrigerator.
도 4a는 본 발명 맥동관 냉동기에 대한 변형예를 보인 종단면도.Figure 4a is a longitudinal sectional view showing a modification to the present invention pulse tube refrigerator.
도 4b은 본 발명 맥동관 냉동기에 대한 다른 변형예를 보인 종단면도.Figure 4b is a longitudinal sectional view showing another variant of the present invention pulse tube refrigerator.
**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ******** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ****
400 : 증발기용 예냉기 410 : 예냉기 몸통400: precooler for evaporator 410: precooler body
420 : 내부 열교환기 430 : 냉각핀420: internal heat exchanger 430: cooling fin
440 : 커버부재 450 : 냉매관440: cover member 450: refrigerant tube
460 : 압축기 470 : 응축기460: compressor 470: condenser
480 : 팽창변 S : 밀폐공간480: expansion valve S: confined space
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부에 연결되어 그 구동부로부터 유입되는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이의 위상차에 의해 극저온부가 발생되도록 재생기와 맥동관 그리고 위상제어기를 구비한 냉동부와, 압축기와 응축기의 사이에 연통되도록 배치되어 상기 구동부와 냉동부의 사이에 설치되고 상기 구동부에서 펌핑되는 고온의 작동가스로부터 열을 흡수하여 그 열로 응축기에서 유도되는 액냉매를 증발시킴으로써 작동가스가 적정온도를 유지하면서 냉동부의 재생기에 유입되도록 하는 증발기용 예냉기를 포함한 맥동관 냉동기가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the regenerator is generated so that the cryogenic portion is generated by a phase difference between the driving unit for generating a reciprocating motion of the working gas and the mass flow and the pressure pulsation of the working gas flowing from the driving unit connected to the driving unit. And a refrigerating unit having a pulsating tube and a phase controller, and arranged to communicate between the compressor and the condenser, absorbing heat from a high temperature working gas pumped by the driving unit and installed between the driving unit and the refrigerating unit. Provided is a pulsating tube chiller including a precooler for an evaporator by evaporating the induced liquid refrigerant to allow the working gas to flow into the regenerator of the freezer section while maintaining the proper temperature.
이하, 본 발명에 의한 맥동관 냉동기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the pulsating tube freezer according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 맥동관 냉동기에 대한 일례를 보인 종단면도이고, 도 4a는 본 발명 맥동관 냉동기에 대한 변형예를 보인 종단면도이며, 도 4b은 본 발명 맥동관 냉동기에 대한 다른 변형예를 보인 종단면도이다.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the present invention pulsating tube freezer, Figure 4a is a longitudinal sectional view showing a variant of the pulsating tube refrigerator of the present invention, Figure 4b shows another modification of the pulsating tube freezer of the present invention Longitudinal section.
이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키도록 실린더(110a)와 피스톤(140)이 구비된 구동부(100)와, 그 구동부(100)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이의 위상차에 의해 극저온부를 갖도록 재생기(240) 및 맥동관(210) 및 위치제어기(220) 그리고 저장용기(230)가 연이어 결합되어 이루어진 냉동부(200)와, 그 냉동부(200)의 재생기(240)와 구동부(100)의 실린더부(110a) 사이에 배치됨과 아울러 압축기와 응축기 사이에 연결되어 작동가스의 온도로 냉매를 증발시킴으로써 고온고압의 작동가스를 적정온도로 냉각시키는 증발기용 예냉기(400)로 크게 구성된다.As shown therein, the pulsating tube refrigerator equipped with the cooling apparatus according to the present invention includes a drive unit 100 including a cylinder 110a and a piston 140 to generate a reciprocating motion of a working gas, and a drive unit 100 thereof. The regenerator 240 and the pulsating tube 210 and the position controller 220 and the storage container 230 are continuously connected to each other to have the cryogenic part by the phase difference between the mass flow and the pressure pulsation of the working gas reciprocating in the tube while being pumped by). It is arranged between the refrigerating unit 200 and the regenerator 240 of the refrigerating unit 200 and the cylinder unit 110a of the driving unit 100 and coupled between the compressor and the condenser, the refrigerant at the temperature of the working gas. It is largely composed of a pre-cooler for evaporator 400 to cool the operating gas of high temperature and high pressure to a proper temperature by evaporating.
상기 증발기용 예냉기(400)는 원통형으로 형성되어 구동부(100)의 실린더부(110a)가 구비된 상부프레임(111)의 상단면과 냉동부(200)의 제2 밀봉셸(250)이 결합되는 베이스 플레이트(P)의 저면 사이에 고정되는 연결부재인 예냉기 몸통(410)과, 그 예냉기 몸통(410)의 내부에 장착되어 작동가스로부터 열을 흡수하는 망사형의 내부 열교환기(420)와, 상기 예냉기 몸통(420)의 외주면에 부착되어 내부열교환기가 흡수한 열을 외부로 방열시키도록 외부열교환기를 이루는 다수개의 냉각핀(430)과, 그 냉각핀(430)의 외측에 결합됨과 아울러 응축기(470)로부터 유도되는 냉매액이 상기한 냉각핀과 직접 접촉되도록 소정의 밀폐공간(S)을 두고 감싸지는 단열재인 커버부재(440)로 이루어진다.상기 커버부재(440)는 그 입구측이 응축기(470)를 거쳐 팽창변(480)으로부터 연장되는 냉매관(450)이 관통 결합되는 반면 그 출구측은 압축기(460)의 흡입구(미부호)로 연통되는 냉매관(450)이 관통 결합되어 이루어 진다.The precooler 400 for the evaporator is formed in a cylindrical shape and the upper surface of the upper frame 111 having the cylinder portion 110a of the driving unit 100 and the second sealing shell 250 of the freezing unit 200 are coupled to each other. Precooler body 410, which is a connection member fixed between the bottom surfaces of the base plate P, and a mesh type internal heat exchanger 420 mounted inside the precooler body 410 to absorb heat from working gas. And a plurality of cooling fins 430 attached to the outer circumferential surface of the precooler body 420 to form an external heat exchanger to radiate heat absorbed by the internal heat exchanger to the outside, and coupled to the outside of the cooling fins 430. In addition, the cover member 440 is a heat insulating material wrapped around a predetermined closed space (S) so that the coolant liquid guided from the condenser 470 is in direct contact with the cooling fins. Cold side extends from expansion side 480 via condenser 470 Tube 450, while the through-coupling is achieved that the outlet side is coupled with a through coolant pipe (450) in fluid communication with the inlet (unsigned) of the compressor (460).
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.
도면중 미설명 부호인 110은 밀폐케이스, 112는 중간프레임, 113은 하부프레임, 114는 제1 밀봉셸, 120은 구동모터, 130은 구동축, 151 및 152는 안내용 및 탄성용 지지부재, 211은 온측 열교환기, 212는 냉측 열교환기, 421 및 422는 구멍이 형성된 덮개, F는 송풍팬이다.In the drawings, reference numeral 110 denotes a sealed case, 112 an intermediate frame, 113 a lower frame, 114 a first sealing shell, 120 a drive motor, 130 a drive shaft, 151 and 152 a guide and elastic support member, 211 The on-side heat exchanger, 212 is a cold-side heat exchanger, 421 and 422 are holes with a cover, and F is a blowing fan.
상기와 같은 본 발명 맥동관 냉동기의 일반적인 동작과정은 종래와 유사하다.The general operation of the pulse tube tube refrigerator of the present invention as described above is similar to the conventional.
상기 구동모터(120)에 전원이 인가되어 가동자(미부호)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 그 가동자(미부호)에 결합된 구동축(130) 역시 직선 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(130)에 일체로 결합된 피스톤(140)이 실린더부(110a) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 냉동부(200)의 작동가스를 펌핑시키게 된다.When power is applied to the drive motor 120 and the mover (unsigned) linearly reciprocates, the drive shaft 130 coupled to the mover (unsigned) also linearly reciprocates, and the drive shaft ( Piston 140 integrally coupled to 130 to pump the working gas of the freezing unit 200 while linearly reciprocating in the cylinder portion (110a).
이렇게 펌핑되는 작동가스는 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽과 온측 열교환기(211)쪽 사이를 왕복하면서 냉측 열교환기(212)쪽의 열을 온측 열교환기(211)쪽으로 펌핑하여 상기 냉측 열교환기(212)쪽에서 극저온부가 형성되도록 한다.The pumped working gas reciprocates between the cold side heat exchanger 212 side and the warm side heat exchanger 211 side of the pulsation tube 210, and pumps heat from the cold side heat exchanger 212 side to the warm side heat exchanger 211. The cryogenic portion is formed on the cold side heat exchanger (212) side.
즉, 상기 피스톤(140)의 압축행정시 실린더부(110a)에서 밀려나는 압축된 작동가스는 증발기용 예냉기(400)를 거치면서 소정의 온도로 냉각되면서 재생기(240)로 유입되고, 그 재생기(240)를 거치면서 열교환되어 내부의 현열을 저장한 상태로 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽으로 유입되며, 이 유입되는 작동가스에 의해 상기 맥동관(210)에 충진되어 있던 작동가스가 온측 열교환기(211) 및 위상제어기(220)쪽으로 밀리면서 압축되었다가 상기한 피스톤(140)의 흡입행정시 맥동관(210)의 냉측 열교환기(212)쪽에서 급격히 단열팽창하면서 극저온부를 형성하게 되고, 상기 맥동관(210)으로부터 반출되는 작동가스는 다시 재생기(240)를 거치면서 소정온도로 가열되나 이 작동가스는 상기한 증발기용 예냉기(400)를 거치면서 방열되어 실린더부(110a)로 반입된다.That is, the compressed working gas pushed out of the cylinder part 110a during the compression stroke of the piston 140 is introduced into the regenerator 240 while being cooled to a predetermined temperature while passing through the precooler 400 for the evaporator, and the regenerator. Heat exchanged through the 240 is introduced into the cold side heat exchanger 212 of the pulsating tube 210 in a state of storing the sensible heat inside, the operation was filled in the pulsating tube 210 by the operating gas flow The gas is compressed while being pushed toward the on-side heat exchanger 211 and the phase controller 220, and rapidly cryogenically expands on the cold-side heat exchanger 212 side of the pulsation tube 210 during the suction stroke of the piston 140 to form a cryogenic portion. The working gas carried out from the pulsating tube 210 is heated to a predetermined temperature while passing through the regenerator 240, but the working gas is radiated while passing through the precooler 400 for the evaporator. Imported into).
이때, 상기 작동가스의 열은 망사형의 내부 열교환기(420)로 흡열되어 예냉기 몸통(410)으로 전달되고, 그 예냉기 몸통(410)으로 전달된 열은 냉각핀(430)으로 전달되며, 그 냉각핀(430)으로 전달된 열은 압축기(460)와 응축기(470) 그리고 팽창변(480)을 거쳐 상기한 밀폐공간(S)으로 유입되는 저온저압 액상의 냉매와 표면 접촉하여 그 냉매액을 증발시키면서 냉각되는 것이다.At this time, the heat of the working gas is absorbed by the mesh type internal heat exchanger 420 is transferred to the precooler body 410, the heat transferred to the precooler body 410 is transferred to the cooling fin 430 The heat transferred to the cooling fins 430 is brought into surface contact with the low temperature low pressure liquid refrigerant flowing into the sealed space S through the compressor 460, the condenser 470, and the expansion valve 480, and the refrigerant liquid. It is cooled while evaporating.
한편, 상기와 같은 본 발명에 의한 맥동관 냉동기의 변형예가 있는 경우는 다음과 같다.On the other hand, when there is a modification of the pulsating tube refrigerator according to the present invention as described above is as follows.
즉, 전술한 일례에서는 상기 예냉기 몸통(410)의 내부에 내부 열교환기(420)를 삽입함과 아울러 그 외주면에는 냉각핀(430)을 형성하고, 상기 냉각핀(430)의 외곽측에 소정의 밀폐공간(S)을 형성하며, 상기 밀폐공간(S)에 냉매압축식 냉동사이클의 냉매관(450)을 연통시켜 냉매가 각 냉각핀(430)과 접촉되면서 예냉기 몸통(410)을 냉각시키는 것이었으나, 본 변형예는 상기 예냉기 몸통(410)의 외주면에 전술한 냉각핀(430)을 대신하여 상기한 냉매관(450)을 접촉되도록 권회시키고, 그 냉매관(450)의 외주부에 단열재인 커버부재(440)를 밀봉 결합하는 것으로, 이때 상기 예냉기 몸통(410)와 냉매관(450)의 열전달이 원활하게 이루어지도록 은납땜을 하는 것이 바람직하다.That is, in the above-described example, the internal heat exchanger 420 is inserted into the precooler body 410, and the cooling fin 430 is formed on the outer circumferential surface thereof, and the cooling fin 430 is formed on the outer side of the cooling fin 430. Forming a sealed space (S), and the refrigerant pipe (450) of the refrigerant compression type refrigeration cycle in communication with the sealed space (S) to cool the precooler body (410) while the refrigerant is in contact with each cooling fin (430). In this modified example, the outer peripheral surface of the precooler body 410 is wound so that the refrigerant pipe 450 is contacted with the cooling fin 430 instead of the aforementioned cooling fin 430, and the outer peripheral part of the refrigerant pipe 450 is fixed. Sealing and coupling the cover member 440, which is a heat insulating material, it is preferable that the soldering so that the heat transfer of the precooler body 410 and the refrigerant pipe 450 is made smoothly.
또한, 본 발명에 의한 또다른 변형예로는 상기 압축기(460)에서 토출되었다가 응축기(470) 및 팽창변(480)을 거치면서 저온저압의 냉매액이 예냉기 몸통(410)의 내부까지 유입되도록 냉매관(450)을 예냉기 몸통(410)의 내부로 관통 설치하고, 상기 예냉기 몸통(410)의 외주면에는 단열재인 커버부재(440)를 결합하여 구성함으로써 상기 예냉기 몸통(410)내의 작동가스가 냉매관(450)에 직접 접촉되면서 냉각되도록 할 수도 있다. 이때, 상기 예냉기 몸통(410)의 내부에는 상기한 냉매관(450) 외에도 전술한 내부 열교환기(420)가 추가될 수 있다.In addition, another variation according to the present invention is discharged from the compressor 460 to pass through the condenser 470 and the expansion valve 480 so that the refrigerant liquid of low temperature and low pressure to the inside of the precooler body 410. The coolant pipe 450 is installed through the inside of the precooler body 410, and the outer circumferential surface of the precooler body 410 is configured by combining a cover member 440 that is a heat insulating material to operate in the precooler body 410. The gas may be cooled while directly contacting the refrigerant pipe 450. In this case, the internal heat exchanger 420 described above may be added to the inside of the precooler body 410 in addition to the refrigerant pipe 450 described above.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 맥동관 냉동기는, 상기 구동부와 냉동부 사이에 연결 설치되어 압축되는 작동가스 및 구동부에서 발생된 열을 냉각시키는 예냉기를 증발기로 하여 압축기 및 응축기 및 팽창변과 함께 냉매압축식 냉각사이클을 이루도록 구성함으로써, 상기 맥동관 냉동기가 설치된 장소의 외기 온도가 고온인 경우에도 작동가스의 열을 원활하게 방열시킬 수 있어 맥동관 냉동기의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the pulsating tube refrigerator according to the present invention is a refrigerant having a compressor and a condenser and an expansion valve by using a precooler that cools the heat generated by the operating gas and the driving unit connected and compressed between the driving unit and the freezing unit. By configuring the compression type cooling cycle, even when the outside air temperature of the place where the pulsating tube refrigerator is installed is a high temperature, it is possible to smoothly dissipate heat of the working gas, thereby improving the overall performance of the pulsating tube refrigerator.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990003108A KR100304575B1 (en) | 1999-01-30 | 1999-01-30 | Pulse tube refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990003108A KR100304575B1 (en) | 1999-01-30 | 1999-01-30 | Pulse tube refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000052196A KR20000052196A (en) | 2000-08-16 |
| KR100304575B1 true KR100304575B1 (en) | 2001-09-13 |
Family
ID=19572865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990003108A Expired - Fee Related KR100304575B1 (en) | 1999-01-30 | 1999-01-30 | Pulse tube refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100304575B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106461285A (en) * | 2014-04-25 | 2017-02-22 | 株式会社瑞蓝 | Cryogenic refrigeration system |
| WO2024253240A1 (en) * | 2023-06-09 | 2024-12-12 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator and cooling system using same |
| KR20250016778A (en) | 2023-07-26 | 2025-02-04 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave dual generator and cooling system by using it |
| KR20250125577A (en) | 2024-02-15 | 2025-08-22 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator with four bellows |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015163703A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | 주식회사 서남 | Cryogenic refrigeration system |
-
1999
- 1999-01-30 KR KR1019990003108A patent/KR100304575B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106461285A (en) * | 2014-04-25 | 2017-02-22 | 株式会社瑞蓝 | Cryogenic refrigeration system |
| WO2024253240A1 (en) * | 2023-06-09 | 2024-12-12 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator and cooling system using same |
| KR20240174641A (en) | 2023-06-09 | 2024-12-17 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator and cooling system by using it |
| KR102813400B1 (en) * | 2023-06-09 | 2025-05-27 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator and cooling system by using it |
| KR20250016778A (en) | 2023-07-26 | 2025-02-04 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave dual generator and cooling system by using it |
| KR102784744B1 (en) * | 2023-07-26 | 2025-03-21 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave dual generator and cooling system by using it |
| KR20250125577A (en) | 2024-02-15 | 2025-08-22 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator with four bellows |
| KR102865870B1 (en) | 2024-02-15 | 2025-09-29 | 주식회사 모전기공 | Fluid pressure wave generator with four bellows |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000052196A (en) | 2000-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20070073973A (en) | Piezo Pumps and Stirring Coolers | |
| KR100348618B1 (en) | Aftercooler and its manufacturing mathod for pulse tube refrigerator | |
| KR100304575B1 (en) | Pulse tube refrigerator | |
| JP3910096B2 (en) | Heat dissipating system for Stirling engine and refrigerator equipped with the same | |
| KR100283156B1 (en) | Precooler structure for lubricationless pulse tube refrigerator | |
| KR100311373B1 (en) | Oil-free pulse tube refrigerator | |
| JP3333776B2 (en) | Pulsating tube refrigerator cooling system | |
| KR100393791B1 (en) | Radiating apparatus for cryocooler | |
| RU2273808C2 (en) | Refrigeration machine with pulsating pipe | |
| KR100343737B1 (en) | Cooling apparatus for pulstube cyrogenic refrigerator | |
| KR0123063Y1 (en) | Stirring Cycle Freezer | |
| KR100339602B1 (en) | Cooling apparatus for pulstube cryogenic refrigerator | |
| KR100652582B1 (en) | Heat radiation fin structure of precooler of cryogenic freezer | |
| JP2004286374A (en) | Cooling device | |
| KR100314022B1 (en) | Radiating structure for lubricationless pulse tube refrigerator | |
| CN112469948B (en) | Cold air supplying apparatus and refrigerator having the same | |
| JPH0996480A (en) | Low-temperature storage box | |
| JPH11223404A (en) | Stirling cooling apparatus | |
| JP3634650B2 (en) | Cylinder block for heat engine | |
| KR100871189B1 (en) | Heat exchanger outside of the cooler | |
| JP2004163038A (en) | Staring refrigerator | |
| JP2006162200A (en) | Stirling engine and Stirling refrigerator | |
| KR940009225B1 (en) | Refrigerator | |
| KR20020012380A (en) | Cooling apparatus for pulstube cryogenic refrigerator | |
| JP2004286378A (en) | Stirling refrigerator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110620 Year of fee payment: 11 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 11 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903 Not in force date: 20120724 Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE |
|
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903 Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE Not in force date: 20120724 |