KR100348619B1 - 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 에프터 쿨러는 주물 주조나, 다이캐스팅 주조에 의한 제조 방식에 의해 제작되므로 인해 방열핀의 형상 및 갯수에 한계가 있어서 주어진 공간내에서의 방열 효과를 얻기가 매우 힘들어 저용량의 냉동기 외에는 사용할 수가 없는 한계가 따르고, 에프터 쿨러의 몸체부가 매우 두껍기 때문에 냉동기 전체의 중량을 증가시키는 요인이 되며, 제조 방식에 따른 높은 제조 원가가 소요되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 에프터 쿨러가 튜브의 외주면에 복수개의 방열핀이 일체형으로 된 열교환기와, 상기 열교환기의 튜브 양단에 삽입되어 밀착 결합되는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관으로 된 몸체부로 구성되어 에프터 쿨러의 제조 공정을 종래의 주물 주조 방식에 비해 에프터 쿨러의 방열 성능 및 콤팩트화의 한계를 극복하여 단순화시킬 수 있으므로써 제작 단가를 절감시킬 수 있고, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 크기를 대폭 줄이는 것이 가능하여 효과적으로 콤팩트화시킬 수 있고, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있어서 고용량의 냉동기에 적용할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로는 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator), 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있는 데, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전 속도를 낮게 하거나, 마찰이 발생하는 실링 재료의 형상, 그리고 운동하는 부분을 없애는 방법 등이 모색되고 있다.
한편으로는, 장기간 보수가 필요없는 고신뢰성의 극저온 냉동기의 개발도 요구되고 있는 데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 맥동관 냉동기(Pulse Tube Refrigerator)이다.
상기 맥동관 냉동기는 한 쪽이 막힌 관에 일정한 온도를 갖는 가스를 주기적으로 주입하여 압력을 변화시키면 가스의 유동에 난류 성분이 적을 때 매우 큰 온도 구배를 얻을 수 있다는 원리를 이용하여 관의 열린 쪽에서 극저온의 냉동을 구현하는 기기이며, 또한 상기 맥동관 냉동기는 평균 압력과 압력비가 낮아서 비교적 냉동 용량이 작고 신뢰성이 요구되는 냉동기로 사용하기에 적합한 스터링 냉동기의 변형으로서, 종래의 스터링 냉동기가 피스톤과 디스플레이서 등 두 개의 운동부를 갖는 데 비하여 맥동관 냉동기의 운동부는 별도의 압축기 하나만을 갖는 차이가 있다.
도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도이며, 도 3은 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 사시도로서, 종래의 맥동관 냉동기는 리니어 모터의 가동자에 결합된 피스톤이 별도의 윤활 작용없이 실린더를 직선 왕복 운동시키면서 작동 가스를 펌핑시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트(10)와, 상기 구동 유니트(10)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트(20)로 크게 구분된다.
상기 냉동 유니트(20)는 구동 유니트(10)에서 펌핑된 작동 가스에 의해 내부의 작동 가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(22a)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(22b)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(22)과, 상기 맥동관(22)의 압축부(22a)에 연결되어 왕복하는 작동 가스의 질량 유동과 압력 맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적 평형을 이루도록 하는 오리피스(23)와, 상기 오리피스(23)에 연결되어 작동 가스가 일시 체류하는 리저버(24)와, 상기 맥동관(22)으로 펌핑되는 작동 가스의 열을 저장하였다가 맥동관(22)에서 구동 유니트(10)로 되돌아 가는 작동 가스의 온도를 보상하기 위한 재생기(21)로 구성된다.
한편, 상기 구동 유니트(10)와 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에는 에프터 쿨러(30a)가 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키는 역할을 하게 된다.
즉, 종래의 에프터 쿨러(30a)는 몸체부(30b)의 외주면에 복수개의 방열핀(30c)이 형성되어 구동 유니트(10)에서 고온 고압으로 압축된 헬륨 냉매가 에프터 쿨러(30a)의 내부를 통하여 유동하면서 냉매 가스의 열을 몸체부(30b)의 방열핀(30c)에 팬에 의해 공기를 흘려 보내주므로써 주위로 열을 방출시키게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 에프터 쿨러(30a)는 주물 주조나, 다이캐스팅 주조에 의한 제조 방식에 의해 제작되므로 인해 방열핀(30c)의 형상 및 갯수에 한계가 있어서 주어진 공간내에서의 방열 효과를 얻기가 매우 힘들어 저용량의 냉동기 외에는 사용할 수가 없는 한계가 따르고, 에프터 쿨러(30a)의 몸체부(30b)가 매우 두껍기 때문에 냉동기 전체의 중량을 증가시키는 요인이 되며, 제조 방식에 따른 높은 제조 원가가 소요되는 등의 많은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 단순화시킬 수 있도록 하여 제작 단가의 절감과 아울러 에프터 쿨러를 콤팩트화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하여 고용량의 냉동기에 적용할 수 있는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 구성도
도 2는 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도
도 3은 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명에 따른 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도
도 5는 도 4의 에프터 쿨러의 방열핀과 튜브로 구성된 열교환기를 각각 나타낸 정면도 및 종단면도
도 6은 도 4의 에프터 쿨러의 몸체부를 나타낸 종단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 구동 유니트 20; 냉동 유니트
21; 재생기 30; 에프터 쿨러
31; 튜브 32; 방열핀
33; 열교환기 34; 구동 유니트 연결관
35; 냉동 유니트 연결관 36; 몸체부
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되어 구동 유니트에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러에 있어서, 상기 에프터 쿨러가, 상기 구동 유니트(10)에 연결되는 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트에 연결되는 냉동 유니트 연결관이 서로 대향하게 결합되어 구성되는 몸체부와; 상기 몸체부의 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트 연결관이 양측에서 삽입되어 그 내주면이 상기 구동 유니트 연결관 및 냉동 유니트 연결관의 외주면에 밀착되는 튜브와, 이 튜브의 외주면에 일정 피치 간격으로 복수개가 삽입되어 납땜에 의해 일체형으로 결합되는 원판 형상의 방열핀으로 구성되는 열교환기;를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러가 제공된다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되는 에프터 쿨러를 제작시 에프터 쿨러의 열교환기를 구성하는 튜브의 외주면에 원판 형상의 방열핀을 일정 피치 간격으로 복수개를 삽입시키는 단계와, 상기 튜브와 복수개의 방열핀 사이를 일체형으로 결합시키는 단계와, 상기 에프터 쿨러의 몸체부를 구성하는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관을 열교환기의 튜브 양단에 삽입하여 밀착 결합시키는 단계를 진행하도록 된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 제조방법이 제공된다.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도이고, 도 5는 도 4의 에프터 쿨러의 방열핀과 튜브로 구성된 열교환기를 각각 나타낸 정면도 및 종단면도이며, 도 6은 도 4의 에프터 쿨러의 몸체부를 나타낸 종단면도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.
본 발명은 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10) 및 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러(30)가, 몸체부(36)과 열교환기(33)으로 구성된다.상기 몸체부(36)은 상기 구동 유니트(10)에 연결되는 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트(20)에 연결되는 냉동 유니트 연결관(35)이 서로 대향하게 결합되어 구성되며, 상기 열교환기(33)는 상기 몸체부(36)의 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트 연결관(35)이 양측에서 삽입되어 그 내주면이 구동 유니트 연결관(34) 및 냉동 유니트 연결관(35)의 외주면에 밀착되는 튜브(31)와 이 튜브(31)의 외주면에 일정 피치 간격으로 복수개가 삽입되어 납땜에 의해 일체형으로 결합되는 원판 형상의 방열핀(32)으로 구성된다.바꾸어 말하면, 상기 열교환기(33)의 튜브(31)가 상기 몸체부(36)의 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트 연결관(35)의 외주면에 밀착되는 상태로 씌워지는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10) 및 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러(30)를 제작하고자 할 때에는 먼저, 에프터 쿨러(30)의 열교환기(33)를 구성하는 튜브(31)의 외주면에 원판 형상의 방열핀(32)을 일정 피치 간격으로 복수개를 삽입시킨 후, 상기 튜브(31)와 복수개의 방열핀(32) 사이를 납땜에 의해 일체형으로 결합시킨다.
그 다음, 상기 에프터 쿨러(30)의 몸체부(36)를 구성하는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관(34)(35)을 상기 열교환기(33)의 튜브(31) 양단에 삽입하여 밀착시키므로써 에프터 쿨러(30)를 용이하게 제작할 수 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 종래의 주물 주조 방식에 비해 에프터 쿨러의 방열 성능 및 콤팩트화의 한계를 극복하여 단순화시킬 수 있으므로써 제작단가를 절감시킬 수 있고, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 크기를 대폭 줄이는 것이 가능하여 효과적으로 콤팩트화시킬 수 있고, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있어서 고용량의 냉동기에 적용할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (2)
- 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되어 구동 유니트에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러에 있어서,상기 에프터 쿨러가,상기 구동 유니트(10)에 연결되는 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트에 연결되는 냉동 유니트 연결관이 서로 대향하게 결합되어 구성되는 몸체부와;상기 몸체부의 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트 연결관이 양측에서 삽입되어 그 내주면이 상기 구동 유니트 연결관 및 냉동 유니트 연결관의 외주면에 밀착되는 튜브와, 이 튜브의 외주면에 일정 피치 간격으로 복수개가 삽입되어 납땜에 의해 일체형으로 결합되는 원판 형상의 방열핀으로 구성되는 열교환기;를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러.
- 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되는 에프터 쿨러를 제작시 에프터 쿨러의 열교환기를 구성하는 튜브의 외주면에 원판 형상의 방열핀을 일정 피치 간격으로 복수개를 삽입시키는 단계와,상기 튜브와 복수개의 방열핀 사이를 일체형으로 결합시키는 단계와,상기 에프터 쿨러의 몸체부를 구성하는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관을 열교환기의 튜브 양단에 삽입하여 밀착 결합시키는 단계를 진행하도록 된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 제조방법.
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