KR101623601B1

KR101623601B1 - 압력파 발생기용 구동 시스템

Info

Publication number: KR101623601B1
Application number: KR1020107024898A
Authority: KR
Inventors: 알란 제임스 커플레이
Original assignee: 캘러헌 이노베이션
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: US9366244B2; EP2279349A4; WO2009126050A1; CN102066756B; KR20110013382A; EP2279349A1; CN102066756A; EP2279349B1; US20120076677A1; JP2011516788A; JP5346369B2

Abstract

다이어프램식 압력파 발생기를 구동하기 위한 구동 시스템은, 각각 왕복이동가능한 구동 피스톤(19)의 반대쪽 단부들에 또는 반대쪽 단부들을 향해 결합되는, 대향하는 제1 및 제2 다이어프램(11, 13)을 포함한다. 구동 시스템은 낮은 힘과 긴 행정을 갖는 왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터(27)를 포함한다. 구동 시스템은 또한, 액추에이터와 구동 피스톤 사이에 작용하도록 결합되는 유압증폭기를 포함하며, 유압증폭기는 액추에이터로부터의 왕복운동 출력을 더 높은 힘과 더 짧은 행정을 갖는 증폭된 출력으로 전환하도록, 그리고 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램(11, 13)이 왕복하고 파를 발생시키도록 하기 위해 구동 피스톤(19)에 증폭된 출력을 적용하도록, 배열된다.

Description

압력파 발생기용 구동 시스템{DRIVE SYSTEM FOR A PRESSURE WAVE GENERATOR}

본 발명은 압력파 발생기용 구동 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 구동 시스템은 극저온 냉동기 시스템(cryogenic refrigerator system)에 사용되는 다이어프램식 압력파 발생기를 구동하기 위한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

스털링 냉동기(Stirling refrigerators) 및 펄스 튜브(Pulse tube) 등과 같은, 많은 극저온 냉동기는, 왕복식 압력파에 의해 구동된다. 종래에, 압력파는 선형 모터에 의해 구동되는 간극형 피스톤(clearance gap piston)들에 의해 발생되지만, 이들 기술은 고비용의 기술들이다. 더 최근에는, 다이어프램(diaphragm)을 이용한 압력파 발생기가 제안된 바 있다. 이러한 다이어프램식 압력파 발생기는, 효과적이고 비용 효율적인 방식으로 압력파를 발생시키기 위해, 왕복동 방식으로 조작되는 저렴한 다이어프램을 사용한다. 극저온 냉동기 시스템용 다이어프램식 압력파 발생기의 상당한 이점은, 다이어프램이 다이어프램을 왕복시키는 구동 시스템으로부터 극저온 냉각기에 의해 요구되는 청정 가스 환경을 분리한다는 것이다. 이에 의해, 표준형 회전 및 크랭크 메커니즘 등과 같은, 더 저렴한 구동 부품이 압력파 발생기에 사용하는 것이 가능하게 된다.

예로서, PCT 국제출원공개번호 WO 2006/112741호는, 한 형태로서, 압력파를 생성하기 위해 왕복식 구동 피스톤에 의해 왕복식 운동으로 이동하게 되는 한 쌍의 대향하는 다이어프램을 포함하는 다이어프램식 압력파 발생기를 제안한다.

특허 명세서, 다른 외부 문서 또는 다른 정보원(sources of information)을 참조하는 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징을 논의하기 위한 기술배경을 제공할 목적이다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 그러한 외부 문서에 대한 참조는, 어떠한 관할(jurisdiction)에서, 그러한 문서 또는 그러한 정보원은 종래기술이거나, 해당 기술분야에서 공공의 일반적인 지식의 일부를 형성한다는 시인(admission)으로 해석되어야 할 것이 아니다.

본 발명의 목적은 다이어프램식 압력파 발생기용의 개선된 구동 시스템을 제공하는 것, 또는 적어도 대중에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

제1 양태에서, 본 발명은 광의적으로, 왕복 이동가능한 구동 피스톤의 대향하는 단부들에 또는 대향하는 단부들 부근에 각각 결합되는 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하는, 다이어프램식 압력파 발생기를 구동하기 위한 구동 시스템으로서, 상기 구동 시스템은:

왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터;

2개의 단부를 구비하는 복동 평형식 마스터 실린더(double-acting balanced master cylinder) 내부에서 왕복운동으로 상기 액추에이터의 출력에 의해 구동되는 마스터 피스톤(master piston); 및

각각의 슬레이브 실린더(slave cylinder) 내부에서 왕복으로 이동가능하고, 각각 상기 구동 피스톤의 각각의 단부에 작용하도록 배열되는, 대향하는 슬레이브 피스톤(slave piston)들을 포함하며,

각각의 슬레이브 실린더는, 상기 마스터 피스톤이 상기 마스터 실린더와 상기 슬레이브 실린더들 사이에서 이동하는 유압유체를 통하여 상기 슬레이브 피스톤들을 구동하도록, 유압유체 연통을 위해 상기 마스터 실린더의 각각의 단부에 작동적으로 연결되며,

상기 슬레이브 피스톤들은, 작은 힘과 긴 행정에서의 상기 마스터 피스톤의 왕복운동이 더 큰 힘과 더 짧은 행정에서의 상기 슬레이브 피스톤들의 왕복운동을 야기하여, 그로 인해 압력파를 발생시키기 위해 상기 구동 피스톤 및 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들을 왕복시키도록, 상기 마스터 피스톤보다 더 넓은 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

일 형태에서, 상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은, 상기 마스터 피스톤의 움직임에 대응하여 상기 마스터 실린더와 슬레이브 실린더 사이에서 유압유체를 운반하는, 유압 라인에 의해 간접적으로 작동적으로 연결될 수 있다. 바람직하게, 상기 마스터 실린더는 상기 마스터 피스톤의 양쪽에 제1 및 제2 챔버를 포함하고, 각 챔버는 상기 마스터 실린더의 단부에 또는 단부의 부근에 형성되며, 상기 유압 라인은 상기 마스터 실린더의 상기 제1 및 제2 챔버와 각각의 슬레이브 실린더 사이에서 유압유체를 운반한다.

바람직하게, 상기 구동 시스템은, 상기 마스터 실린더의 상기 제1 챔버를 통해 상기 마스터 피스톤의 한쪽으로부터 연장되는 피스톤 로드 및 상기 마스터 실린더의 상기 제2 챔버를 통해 상기 마스터 피스톤의 반대쪽으로부터 연장되는 평형 로드(balancing rod)를 더 포함한다. 더욱 바람직하게, 상기 피스톤 로드는, 상기 마스터 피스톤을 그의 마스터 실린더 내부에서 왕복시키기 위하여 상기 액추에이터의 출력에 결합될 수 있다.

바람직하게, 상기 액추에이터는, 모터에 의한 크랭크 축의 회전이 커넥팅 로드(conrod)의 왕복운동을 야기하도록 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크를 구비하는 회전가능한 크랭크 축을 포함하며, 상기 커넥팅 로드는, 그의 마스터 실린더 내부에서의 왕복운동으로 피스톤 로드를 앞뒤로 구동하도록 상기 마스터 피스톤의 상기 피스톤 로드에 작용하도록 결합된다.

다른 형태에서, 상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은, 이들이 동일한 실린더 캐비티(cavity)를 공유하도록, 서로 직접적으로 결합될 수 있다. 바람직하게, 상기 마스터 실린더의 각 단부는, 각각의 슬레이브 실린더로 직접적으로 연장된다. 더욱 바람직하게, 상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은 하나의 구성부품으로서 일체형으로 형성되지만, 선택적으로 상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은 함께 고정되는 분리된 구성부품이다.

바람직하게, 상기 액추에이터는, 상기 마스터 피스톤의 반대쪽에 위치하게 되는 한 쌍의 역회전 크랭크축을 포함할 수 있으며, 상기 크랭크축들은 동기화된 역회전을 달성할 수 있는 그러한 방식으로 한 쌍의 기어에 의해 서로 연결되고, 각 크랭크축은 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크를 구비하며, 상기 커넥팅 로드는 상기 마스터 피스톤에 결합되는 연결바(link bar)의 각각의 단부에 작용하도록 결합되며, 모터에 의한 상기 크랭크축들의 회전은 상기 연결바의 왕복을 야기하여 그로 인해 상기 마스터 피스톤이 그의 마스터 실린더 내부에서 왕복하도록 한다.

바람직하게, 상기 구동 피스톤은 그 길이방향으로 연장되는 구동 피스톤 축선(drive piston axis)을 따라 전후방으로 왕복한다. 더욱 바람직하게, 상기 슬레이브 피스톤들은 상기 구동 피스톤 축선과 실질적으로 동축인 슬레이브 피스톤 축선(slave piston axis)을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열된다. 일 형태에서, 상기 마스터 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤 축선에 실질적으로 수직으로 연장되는 마스터 피스톤 축선(master piston axis)을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열된다. 다른 형태에서, 상기 마스터 피스톤은 상기 슬레이브 피스톤 축선과 실질적으로 평행한 또는 상기 슬레이브 피스톤 축선과 정렬되는 마스터 피스톤 축선을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열된다.

바람직하게, 상기 구동 피스톤은 대향하는 원형의 상단부 및 하단부 플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램은 내측 및 외측 가장자리를 갖는 환형이고, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램의 상기 내측 가장자리는 상기 구동 피스톤의 상기 상단부 및 하단부 플레이트의 각각의 외측 주변 가장자리에 고정되며, 그리고 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들의 상기 외측 가장자리는 상기 압력파 발생기의 하우징 내부에 고정된다.

바람직하게, 상기 구동 피스톤의 상기 상단부 및 하단부 플레이트는, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램이 압력파를 생성하도록 그 내부에서 이동하는, 각각의 가스 공간들과 마주하는 외부 표면들 및, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램 사이의 밀봉된 환경(sealed environment)을 향해 내측으로 마주하는 내부 표면들을 포함할 수 있다.

일 형태에서, 전체 구동 시스템은 실질적으로 상기 압력파 발생기의 상기 하우징의 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들 사이에 위치될 수 있다. 다른 형태에서, 상기 작동 액추에이터, 마스터 피스톤 및 마스터 실린더는 상기 압력파 발생기의 상기 하우징 외부에 위치된다.

일 형태에서, 각각의 상기 슬레이브 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤의 그의 슬레이브 실린더로부터의 확장이 동일한 방향에서 상기 구동 피스톤의 상응하는 변위를 야기하도록, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부 플레이트의 상기 내부 표면과 접촉하도록 배열될 수 있다. 다른 형태에서, 각각의 상기 슬레이브 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤의 그의 슬레이브 실린더로부터의 확장이 동일한 방향에서 상기 구동 피스톤의 상응하는 변위를 야기하도록, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부 플레이트의 상기 내부 표면에 고정될 수 있다.

바람직하게, 각각의 슬레이브 실린더는, 상기 슬레이브 피스톤이 작동 도중에 그들의 각각의 슬레이브 실린더로부터 예정된 거리를 넘어 확장되는 경우, 탱크 또는 탱크들로 유압 유체를 배출하도록 배열되는 릴리프 덕트(relief duct) 또는 덕트들을 포함한다.

바람직하게, 구동 시스템은, 필요한 경우에, 상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더 내에 유압유체를 가득 채우기 위해 저장탱크로부터 상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더로 유압유체를 펌핑하도록 배열되는 유압 펌프를 더 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 유압펌프는, 하나 이상의 체크 밸브를 구비하는 유압 오일 공급 라인을 통하여 상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더로 유압유체를 펌핑하도록 배열될 수 있다.

바람직하게, 마스터 피스톤 대 슬레이브 피스톤의 단면적 비는 대략 1:5 내지 1:15의 범위일 수 있다. 더욱 바람직하게, 마스터 피스톤 대 슬레이브 피스톤의 단면적 비는 대략 1:10 이다.

작동에서, 상기 마스터 피스톤이 그의 마스터 실린더 내부에서 전후방으로 왕복함에 따라, 상기 슬레이브 피스톤들이, 교호 방식(alternate fashion)으로 그들의 각각의 슬레이브 실린더로부터 확장된 다음 그들의 각각의 슬레이브 실린더로 수축해 들어감에 의한 왕복운동으로 이동하며, 그로 인해 상기 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램의 왕복운동을 야기시켜 압력파를 발생시킨다. 예를 들어, 하나의 슬레이브 피스톤이 확장하고 있을 때, 반대쪽 슬레이브 실린더는 수축하고 있다.

일 형태에서, 상기 다이어프램 압력파 발생기는, 스털링 냉동기 및 펄스 튜브 또는 히트 펌프 등과 같은, 극저온 냉동기 시스템을 구동하기 위해 활용될 수 있다. 선택적인 형태에서, 상기 압력파 발생기는 극저온 냉동기 시스템용 헬륨 펌프로서, 또는 다른 유체 또는 가스용 펌프로서 활용될 수도 있다.

제2 양태에서, 본 발명은 광의적으로, 왕복이동가능한 구동 피스톤의 대향하는 단부들 또는 대향하는 단부들 부근에 각각 결합되는 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하는, 다이어프램식 압력파 발생기를 구동하기 위한 구동 시스템으로서, 상기 구동 시스템은:
작은 힘과 긴 행정을 갖는 왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터; 및
상기 액추에이터 및 상기 구동 피스톤 사이에 작용하도록 결합되고, 상기 액추에이터로부터의 왕복운동 출력을 더 높은 힘과 더 짧은 행정을 구비하는 증폭된 출력으로 변환하도록 그리고 상기 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램을 왕복운동시켜 압력파를 발생시키도록 상기 구동 피스톤에 증폭된 출력을 적용하도록 배열되는, 유압 증폭기를 포함한다.

바람직하게, 상기 유압증폭기는, 상기 액추에이터의 출력에 의해 2개의 단부를 구비하는 복동 평형식 마스터 실린더 내부에서의 왕복운동으로 구동되는 마스터 피스톤; 및 슬레이브 실린더들 내부에서 각각 왕복이동가능하고, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부에 각각 작용하도록 배열되는, 대향하는 슬레이브 피스톤들을 포함하며, 각각의 슬레이브 실린더는, 상기 마스터 피스톤이 상기 마스터 실린더와 상기 슬레이브 실린더들 사이에서 이동하는 유압유체를 통하여 상기 슬레이브 피스톤들을 구동하도록, 유압유체 연통을 위해 상기 마스터 실린더의 각각의 단부에 작동적으로 연결되며, 상기 슬레이브 피스톤들은, 작은 힘과 긴 행정에서의 상기 마스터 피스톤의 왕복운동이 더 큰 힘과 더 짧은 행정에서의 상기 슬레이브 피스톤들의 왕복운동을 야기하여, 그로 인해 압력파를 발생시키기 위해 상기 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램들을 왕복시키도록, 상기 마스터 피스톤보다 더 넓은 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

제3 양태에서, 본 발명은 광의적으로, 왕복이동가능한 구동 피스톤의 대향하는 단부들 또는 대향하는 단부들 부근에 각각 결합되는 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 구동하기 위한 구동 시스템으로서, 상기 구동 시스템은:
왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터;
상기 액추에이터의 출력에 의해 2개의 단부를 구비하는 마스터 실린더 내부에서의 왕복운동으로 구동되는 마스터 피스톤; 및
각각의 슬레이브 실린더들 내부에서 왕복으로 이동가능하며, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부에 작용하도록 배열되는, 대향하는 슬레이브 피스톤들을 포함하며,
각각의 슬레이브 실린더는, 상기 마스터 피스톤이 상기 마스터 실린더와 상기 슬레이브 실린더들 사이에서 이동하는 유압유체를 통하여 상기 슬레이브 피스톤들을 구동하도록, 유압유체 연통을 위해 상기 마스터 실린더의 각각의 단부에 작동적으로 연결되며,
상기 슬레이브 피스톤들은, 작은 힘과 긴 행정에서의 상기 마스터 피스톤의 왕복운동이 더 큰 힘과 더 짧은 행정에서의 상기 슬레이브 피스톤들의 왕복운동을 야기하여, 그로 인해 압력파를 발생시키기 위해 상기 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램들을 왕복시키도록, 상기 마스터 피스톤보다 더 넓은 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 및 제3 양태는 본 발명의 제1 양태에 대해 언급된 특징들 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 바와 같은 용어 "포함하는(comprising)"은 "적어도 일부분을 구성하는"을 의미한다. 용어 "포함하는"을 포함하는 본 명세서 및 특허청구범위에서 각각의 기재를 해석할 때, 이 용어 이외의 특징 또는 이 용어로 시작된 특징들이 또한 존재할 수 있다. "포함한다(comprise(s))" 등과 같은 관련 용어는 동일한 방식으로 해석되어야만 할 것이다.

본 발명은 전술한 구성에 있으며, 또한 이하에 예시로서 부여되는 구성들을 상정한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부되는 도면을 참조하여 예시적으로 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 구동 시스템의 바람직한 제1 형태를 도시한 개념적 도면이고;
도 2는 본 발명의 구동 시스템의 바람직한 제2 형태를 도시한 개념적 도면이다.

본 발명은 다이어프램을 이용한 압력파 발생기를 구동하기 위한 구동 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 구동 시스템은 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하는 압력파 발생기를 구동하는데 적합한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예로서, 구동 시스템은 본 명세서에 참조로 편입된 국제출원공개번호 제WO 2006/112741호에 제안된 것과 같은 다이어프램식 압력파 발생기의 기술배경에서 설명될 것이다.

구동 시스템의 바람직한 제1 형태

도 1을 참조하여, 다이어프램식 압력파 발생기의 바람직한 제1 형태의 구동 시스템(10)이 도시되며, 설명될 것이다. 이해를 명확하게 하기 위해, 압력파 발생기의 대향하는 다이어프램(11, 13)들 및 구동 피스톤(19) 만이 도시된다. 하우징 및 유입/배출 포트 등과 같은 나머지 구성부품 및 압력파 발생기의 일반적인 작동은 국제출원공개번호 WO 2006/112741호에서 설명된다. 압력파 발생기는, 대향하는 원형의 상단부 플레이트(21) 및 하단부 플레이트(23)를 구비하는 구동 피스톤(19)을 포함한다.

제1 및 제2 다이어프램(11, 13)은 환형이며, 그들의 내측 가장자리는 구동 피스톤(19)의 상단부 플레이트(21) 및 하단부 플레이트(23)의 각각의 외측 주변 가장자리에 고정된다. 다이어프램들의 외측 가장자리는 압력파 발생기의 하우징(미도시) 내부의 지점(25)에 고정되거나 고착된다.

작동중에, 화살표(A, B)로 지시되는 바와 같이, 구동 시스템은 대향하는 환형의 다이어프램의 중심을 관통하여 연장되는 길이방향의 구동 피스톤 축선을 따라 구동 피스톤(19)을 전후방으로 왕복시킨다. 구동 피스톤(19)이 축방향으로 왕복함에 따라, 다이어프램(11, 13)들은 압력파 발생기의 하우징의 그들의 각각의 가스 공간(15, 17) 내에 압력파를 발생시키기 위해 전후방으로 왕복한다. 구동 피스톤(19)의 상단부 플레이트(21) 및 하단부 플레이트(23)는 각각 외부 표면(21a, 23a) 및 내부 표면(21b, 23b)을 포함한다. 상단부 플레이트(21) 및 하단부 플레이트(23)의 외부 표면(21a, 23a)은 그 내부에서 압력파가 발생되는 각각의 가스 공간(15, 17)과 마주한다. 상단부 플레이트(21) 및 하단부 플레이트(23)의 내부 표면(21b, 23b)은 다이어프램(11, 13)들 사이에서 압력파 발생기의 하우징 내부에 제공되는 밀봉된 환경과 마주한다.

구동 피스톤(19)을 왕복시키기 위한 구동 시스템은 대향하는 다이어프램(11, 13)들 사이에 위치하게 된다. 일반적인 레벨에서, 구동 시스템은, 낮은 힘과 긴 행정을 갖는 왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터, 및 액추에이터로부터의 왕복운동 출력을 구동 피스톤을 왕복시키기 위한 더 높은 힘과 더 짧은 행정을 구비하는 증폭된 출력으로 변환하기 위해 액추에이터와 구동 피스톤(19) 사이에 작용적으로 결합되는 유압증폭기를 포함한다. 작동 중에, 구동 시스템은, 예를 들어 압력파 발생기에 연결되는 극저온 냉동기 시스템(들)을 구동하기 위해 요구되는 압력파를 발생시키기 위해, 상대적으로 짧은 거리에 걸쳐 상당한 힘을 구동 피스톤(19)에 가해야만 한다. 유압증폭기를 구비함으로써, 구동 피스톤을 왕복시키기 위해 요구되는 더 높은 힘과 짧은 행정이, 낮은 힘과 긴 행정의 왕복 출력을 발생시키는, 효율적이고 낮은 비용의 선형 액추에이터로 생성될 수 있다.

바람직한 제1 형태에서, 작동 액추에이터는, 커넥팅 로드(31)가 결합되는 크랭크(29)를 구비하는 회전가능한 크랭크축(27)을 포함한다. 작동 중에, 모터는 회전가능한 크랭크축(27)을 구동하여, 낮은 힘과 긴 행정의 출력으로 커넥팅 로드(31)를 왕복하도록 한다. 낮은 힘과 긴 행정의 출력을 발생시키는 다른 작동 액추에이터들이 선택적으로 활용될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 예를 들어, 원한다면, 스카치 요크(Scotch Yoke), 엣킨슨 메커니즘(Atkinson mechanism), 선형 모터 및 왕복운동을 생성시키는 다른 메커니즘들이 선택적으로 사용될 수 있다.

바람직한 제1 형태에서, 유압증폭기는, 상기 마스터 피스톤의 양쪽에 형성되는 제1 및 제2 챔버(35a, 35b)를 구비하는 마스터 실린더(35) 내에서 왕복이동가능한 마스터 피스톤(33)을 포함한다. 화살표(C,D)로 지시되는 바와 같이, 마스터 피스톤(33)은 마스터 피스톤의 중심을 관통하도록 연장되는 마스터 피스톤 축선을 따라 전후방으로 축방향으로 왕복하도록 배열된다. 바람직한 제1 형태에서, 마스터 실린더(35)는 평형 복동 유압 실린더의 형태이다. 유압증폭기는 또한, 상부 슬레이브 실린더(41) 및 하부 슬레이브 실린더(43) 각각의 내부에서 왕복으로 이동가능한, 대향하는 상부 슬레이브 피스톤(37) 및 하부 슬레이브 피스톤(39)을 포함한다. 마스터 실린더(35)의 제1 및 제2 챔버(35a, 35b)는, 각각의 슬레이브 실린더(41, 43)에 유압유체를 운반하는 유압 라인(45, 47)에 의해 유압적으로 연결된다. 유압 라인(45, 47)은 경질 또는 연질의 도관 또는 튜브 중 임의의 적절한 형태인 것을 인식할 것이다.

슬레이브 피스톤(37, 39)은, 구동 피스톤(19)의 상단부 또는 하단부 플레이트(21, 23)의 내부 표면(21b, 23b)에 각각 접촉하거나, 내부 표면(21b, 23b)에 결합된다. 작동 중에, 마스터 실린더(35) 내에서의 마스터 피스톤(33)의 왕복운동ㅇ에 의해, 유압유체가 교호 방식으로 슬레이브 실린더(41, 43)들로 그리고 슬레이브 실린더(41, 43)로부터 펌핑되며, 이에 의해 슬레이브 피스톤(37, 39)들은 교호 사이클(alternating cycle)로 각각의 각각의 슬레이브 실린더로부터 왕복 확장되고 각각의 슬레이브 실린더로 수축된다. 슬레이브 피스톤(37, 39)들의 확장 또는 수축은 구동 피스톤(19)의 상응하는 변위를 야기하며, 그로 인해 압력파를 발생시키도록 다이어프램(11, 13)들의 왕복운동을 야기한다. 슬레이브 실린더(37, 39)는, 바람직하게는, 대향하는 피스톤들의 중심을 관통하도록 연장되는 공통의 슬레이브 피스톤 축선을 따라 전후방으로 축방향으로 왕복하지만, 필수적인 것은 아니다. 바람직하게, 슬레이브 피스톤들(37, 39)은, 슬레이브 피스톤 축선이 구동 피스톤(19) 축선(AB)과 실질적으로 정렬되도록, 구동 피스톤 내의 중심에 배치되어, 구동 피스톤과 슬레이브 피스톤들이 동축이 되도록 한다. 선택적으로, 구동 피스톤 축선과 슬레이브 피스톤 축선은 적어도 평행하다. 바람직한 제1 형태에서, 슬레이브 피스톤 축선(AB)은 마스터 피스톤 축선(CD)에 실질적으로 수직이다. 그러나, 슬레이브 피스톤 축선은 구동 시스템의 선택적인 형태에서 마스터 피스톤 축선(CD)에 대해 임의의 각도로 놓일 수 있다는 것을 인식해야 할 것이다.

유압증폭기의 구성에서, 슬레이브 실린더(37, 39)들은, 동일한 방향에서 동등한 방식으로 구동 피스톤(19)에 작용하도록, 각각의 대응 실린더(41, 43) 내에서 왕복으로 확장 및 수축하도록 배열된다. 다시 말해서, 하나의 슬레이브 피스톤이 확장하고 있을 때, 다른 슬레이브 피스톤은 수축하고 있다.

예를 들어, 마스터 피스톤(33)이 마스터 실린더(35)의 제1 챔버(35a)로 이동할 때, 유압유체는 상부 슬레이브 실린더(41)로 펌핑되며, 그로 인해 상부 슬레이브 피스톤(37)이 확장되어 구동 피스톤(19)의 상단부 플레이트(21)에 대하여 상방으로 작용하고, 구동 피스톤이 상응하는 상향 변위와 함께 이동되도록 한다. 구동 피스톤(19)의 상향 변위는, 하단부 플레이트(23)가 하부 슬레이브 피스톤(39)에 대하여 상방으로 작용하도록 하고, 하부 슬레이브 피스톤이 슬레이브 실린더(43)로 수축하도록 하며, 그로 인해 마스터 실린더(35)의 제2 챔버(35b)로 유압유체를 펌핑하게 된다. 마스터 피스톤(33)이 마스터 실린더(35)의 제2 챔버(35b)로 이동하는 경우에는, 결과적으로 하부 슬레이브 피스톤(39)의 연장, 상부 슬레이브 피스톤(37)의 수축 및 상응하는 구동 피스톤(19)의 하향 변위가 발생하는, 반대의 작동이 일어난다.

바람직한 제1 형태에서, 슬레이브 피스톤(37, 39)들은, 낮은 힘과 긴 행정의 마스터 피스톤의 왕복운동을 더 높은 힘과 더 짧은 행정의 슬레이브 피스톤들의 상응하는 왕복운동으로 전환하여, 그로 인해 압력파를 발생시키기 위해 요구되는 방식으로 구동 피스톤(19)을 왕복운동시키도록, 마스터 피스톤(33)보다 큰 표면적 또는 단면적을 갖는다.

바람직한 제1 형태에서, 피스톤 로드(49)는, 액추에이터의 커넥팅 로드(31)로의 선회형 연결(34: pivotal connection)을 위해 마스터 실린더(35)의 제1 챔버(35a)를 통해 마스터 피스톤(33)의 한쪽으로부터 연장된다. 선택적으로, 평형 로드(51)가 마스터 실린더(35)의 제2 챔버(35b)를 통해 마스터 피스톤(33)의 반대쪽으로부터 연장될 수 있다.

바람직한 제1 형태에서, (총체적으로 '마스터 시스템(master system)'으로 언급되는) 마스터 피스톤(33)과 마스터 실린더(35), 및 (총체적으로 '슬레이브 시스템(slave system)'으로 언급되는) 슬레이브 피스톤(37, 39)들과 각각의 슬레이브 실린더(41, 43)들은 서로로부터 분리되지만, 유압 라인(45, 47)을 통하여 서로 연결되어 유체연통된다. 작동 액추에이터 및 마스터 시스템이, 압력파 발생기의 동일한 하우징 내부에서 대향하는 다이어프램(11, 13)들 사이에 실질적으로 위치하는 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 선택적인 형태에서 작동 액추에이터 및 마스터 시스템은 압력파 발생기로부터 따로 떨어진 하우징 내에 위치하게 될 수도 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 실제로, 작동 액추에이터 및 마스터 시스템은, 용도에 따라 임의의 소망 거리만큼, 슬레이브 시스템 및 다이어프램 장치(11, 13)로부터 변위될 수 있다. 예를 들어, 선택적인 형태에서, 마스터 시스템과 그의 연관된 작동 액추에이터가, 슬레이브 시스템 및 압력파 발생기 하우징의 구성에 대하여 분리형 하우징, 모듈 또는 환경 내에 외부적으로 장착될 수 있도록, 마스터 시스템과 슬레이브 시스템을 연결하는 유압 라인(45, 47)은 임의의 적당한 길이일 수 있고, 특정한 적용에 적합하도록 변할 수 있다.

유압증폭기 시스템은, 바람직하게는, 슬레이브 실린더(41, 43)로 연결되는 릴리프 덕트(53)를 포함하지만, 필수적인 것은 아니다. 릴리프 덕트(53)는 개방되어, 예를 들어 예정된 거리일 수 있는, 슬레이브 피스톤(37, 39)들이 각각의 슬레이브 실린더(41, 43)로부터 과도하게 연장되는 경우, 하나 또는 복수의 저장 탱크(55)로 유압유체를 배출 라인(80)을 통하여 배출한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 오일공급 라인(60)이 자체적으로 릴리프 덕트로서 작용할 수 있다. 또한, 구동 시스템의 작동 도중에 유압유체를 가득 채워야할 필요가 있는 경우, 유압 라인(45, 47)으로 유압유체를 주입하기 위하여 하나 또는 또는 복수의 저장 탱크(55)에 의해 급유되는 유압 펌프(57)가 설치된다. 바람직하기로는, 채워진 상태의 오일공급 라인(60)으로의 역류를 방지하기 위해, 체크 밸브(59)들이 제공될 수 있지만, 이들 체크 밸브들은 선택적인 것이다. 작동 중에, 체크 밸브(59)는, 각각의 유압 라인(45, 47)에서 유압유체 압력이 최소에 있을 때, 각각의 슬레이브 피스톤(37, 39)의 수축 또는 복귀 행정에서 개방된다. 체크 밸브(59)들은, 유압 라인(45, 47)에 반드시 연결되어야만 하는 것은 아니며, 이들은 선택적으로, 원한다면 입력 포트를 통하여 마스터 실린더(35)의 제1 및 제2 챔버(35a, 35b)에, 또는 유압 시스템 내의 다른 적당한 장소에 직접적으로 연결될 수도 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 또 다른 선택적인 형태에서, 슬레이브 피스톤 행정의 저부에서 개방되는 고정 포트작동수단(fixed porting)이 제공될 수 있다.

구동 시스템의 바람직한 제2 형태

도 2를 참조하여, 바람직한 제2 형태의 구동 시스템(20)이 설명될 것이다. 바람직한 제2 형태의 구동 시스템(20)은 작동의 측면에서 바람직한 제1 형태의 구동 시스템(10)에 유사하며, 동일한 참조 부호가 동일한 또는 유사한 구성부품을 나타낸다. 제1 형태(10)와 제2 형태(20) 사이의 상당한 차이는 작동 액추에이터 및 유압증폭기의 구성이다.

바람직한 제2 형태에서, 마스터 실린더(35) 및 슬레이브 실린더(41, 43)는, 이들이 동일한 캐비티를 공유하도록, 서로 직접적으로 결합된다. 유압 연결 라인들은 사용되지 않는다. 예로서, 마스터 실린더(35)와 슬레이브 실린더(41, 43)는 하나의 구성부품처럼 일체형으로 형성되거나, 선택적으로 용접이나 볼트 결합 또는 임의의 다른 고정 수단에 의해 서로 고정되는 분리된 구성부품일 수 있다. 마스터 실린더(35)의 제1 및 제2 챔버(35a, 35b)는 각각의 상부 슬레이브 실린더(41) 및 하부 슬레이브 실린더(43)와 공통의 공간을 공유한다. 구체적으로, 제1 챔버(35a)는 상부 슬레이브 실린더(41)의 캐비티와 마스터 실린더(35)의 캐비티의 인접한 상부 구역(upper section)으로부터 집합적으로 형성된다. 제2 챔버(35b)는 하부 슬레이브 실린더(43)의 캐비티와 마스터 실린더(35)의 캐비티의 인접한 하부 구역(lower section)으로부터 집합적으로 형성된다. 각 챔버(35a,35b)는 유압유체를 수용한다.

바람직한 제2 형태에서, 마스터 피스톤(33)은 슬레이브 실린더 축선과 정렬되는 마스터 실린더 축선을 따라 전후방으로 축방향으로 왕복하며, 이들 피스톤들의 축선은 동축이다. 바람직하게는, 마스터 피스톤 축선 및 슬레이브 피스톤 축선은 또한 구동 피스톤 축선(AB)과 정렬되지만, 필수적인 것은 아니다. 마스터 피스톤 축선이 단순히 슬레이브 피스톤 축선에 평행이 되는 다른 구성도 형성될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다.

마스터 실린더(33)는 작동 액추에이터에 의해 그의 마스터 피스톤 축선을 따라 전후방으로 구동된다. 바람직한 제2 형태에서, 작동 액추에이터는 마스터 피스톤(33)의 대향하는 양측에 위치하게 되는 한 쌍의 역회전 크랭크축(27)을 포함한다. 각 크랭크축(27)은, 커넥팅 로드(31)가 결합되는 크랭크(29)를 구비한다. 커넥팅 로드(31)는 지점(34)들에서 수평 연결바(48)의 대향하는 단부들에 선회가능하게 결합된다. 연결바(48)는, 그의 길이방향 축선이 마스터 피스톤 축선에 수직이 되도록 마스터 피스톤(33)을 가로질러 횡단하도록 연장된다. 바람직하게는, 연결바(48)는 지점(50)에서 마스터 피스톤(33)에 중심에 결합되지만, 필수적인 것은 아니다. 모터(미도시)는 크랭크축의 동기화된 역회전을 달성할 수 있도록, 한 쌍의 기어(미도시)와 같은, 기어 시스템을 통해 크랭크축(27)을 반대 방향으로 구동한다. 예를 들어, 하나의 크랭크축(27)은 시계방향의 F 방향으로 회전하게 되고, 다른 크랭크축은 시계반대방향의 E 방향으로 회전하게 되거나, 또는 둘 다 반대로 회전하게 되며, 이는 커넥팅 로드(31)가 화살표(G, H)로 지시되는 방향으로 연결바(48)를 상하로 왕복시키도록 한다. 연결바(48)의 왕복은 마스터 피스톤(33)을 그의 마스터 피스톤 축선, 예를 들어 AB 방향을 따르는, 상응하는 왕복운동을 발생시킨다.

바람직한 제2 형태(20)에서의 유압증폭기의 구성의 작동은 바람직한 제1 형태(10)의 그것과 유사하다. 마스터 피스톤(33)이 AB 방향으로 전후방으로 왕복함에 따라, 슬레이브 실린더(37, 39)들은 압력파를 발생시키기 위해, 구동 피스톤(19) 및 다이어프램(11, 13)들을 구동하도록 교호 방식으로 확장 및 수축한다. 예를 들어, 마스터 피스톤이 A 방향으로 이동함에 따라 제1 챔버(35a)의 유압유체가 가압되어, 슬레이브 피스톤(37)이 그의 슬레이브 실린더(41)로부터 확장되도록 하고, 그리고 A 방향으로 구동 피스톤을 이동시키기 위해 구동 피스톤(19)의 상단부 플레이트(21)에 대하여 작용되도록 한다. 구동 피스톤(19)이 A 방향으로 상승 이동함에 따라, 구동 피스톤의 하단부 플레이트(23)는 하부 슬레이브 피스톤(39)에 작용하여, 슬레이브 피스톤이 그의 각각의 슬레이브 실린더(43) 내로 수축하도록 한다. 마스터 피스톤이 B 방향으로 하강 이동할 때, 구동 피스톤(19)의 상응하는 하향 변위를 야기하도록 하부 슬레이브 피스톤(39)이 그의 슬레이브 실린더(43)로부터 확장되고, 그리고 상부 슬레이브 피스톤(37)이 그의 슬레이브 실린더(41) 내로 수축되는, 반대의 작동이 일어난다. 바람직한 제1 형태와 같이, 슬레이브 피스톤(37, 39)들은, 하나의 슬레이브 피스톤이 확장하고 있을 때 다른 하나는 수축하고 있도록, 구동 피스톤(19)을 왕복시키기 위해 함께 작동한다. 슬레이브 피스톤(37, 39)들은, 구동 피스톤(19)의 그들의 각각의 상단부 및 하단부 플레이트(21, 23)에 직접적으로 결합될 수 있고, 또는 선택적으로 단순히 단부 플레이트들의 내부 표면에 접촉하여 힘을 전달하고 운동을 야기하도록 단부 플레이드들에 대하여 작용될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다.

바람직한 제2 형태에서, 작동 액추에이터의 한 쌍의 역회전 크랭크축은, 구동 시스템에서 왕복하는 질량체(mass)들의 평형을 허용한다. 예를 들어, 왕복하는 구성부품의 평형은 역회전 평형 중량(balance weights)을 크랭크축(27) 상에 제공함에 의해 달성될 수 있으며, 따라서 커넥팅 로드(31)의 측면 부하(side loads)를 평형화시키고 그로 인해 마스터 피스톤(33) 상의 측면 부하를 제거하도록 한다. 마스터 피스톤(33)을 왕복운동으로 구동하기 위해 한 쌍의 역회전 크랭크축을 사용하는 것은 필수불가결한 것은 아니라는 것을 인식하게 될 것이다. 선택적인 형태에서, 단일의 모터-구동 크랭크축 및 커넥팅 로드 구동 구성 또는 왕복 출력을 갖는 임의의 다른 적당한 작동 액추에이터가, 마스터 피스톤을 왕복운동으로 구동하기 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 다른 적당한 액추에이터는, 스카치 요크, 엣킨슨 메커니즘, 선형 모터 및 왕복운동을 생성시키는 다른 메커니즘들을 포함한다.

바람직한 제2 형태에서, 바람직한 제1 형태의 구동 시스템(10)을 참조하여 설명되는 바와 같이, 슬레이브 피스톤(37, 39)의 과도한 행정(overstroke)을 방지하기 위해 릴리프 덕트(53)가 슬레이브 실린더(41, 43)에 제공된다. 바람직하게, 릴리프 덕트는 배출 라인(80)을 통해 유압유체를 탱크(들)(55)로 배출할 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 마스터 실린더(35)의 각 단부를 향해 연결되는 오일공급 라인(60)들이 릴리프 덕트로서 작용할 수 있다.

또한, 구동 시스템의 작동 도중에 유압유체를 가득 채워야할 필요가 있는 경우, 오일공급 라인(60)을 통해 챔버(35a, 35b)들로 유압유체를 주입하기 위해 하나 또는 복수의 저장 탱크(55)에 의해 급유되는 유압 펌프(57)가 설치되는 것이 바람직하다. 일부 형태에서, 체크 밸브(59)들이 오일공급 라인(60)에 제공될 수 있지만, 이들 체크 밸브들은 선택적인 것이다. 체크 밸브(59)들의 작동은 바람직한 제1 형태의 구동 시스템(10)에 대해 설명한 것과 유사하다. 부가적으로 또는 선택적으로, 각각의 슬레이브 실린더(41, 43) 및 마스터 실린더(35)의 각각의 상부 구역과 하부 구역 사이에 연장되는, 고정 포트작동수단(52)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 실린더(41, 43)들로부터의 유압유체의 임의의 누출은, 제1 챔버(35a) 및 제2 챔버(35b)를 형성하는 마스터 실린더(35)의 상부 구역 및 하부 구역으로 직접적으로 되돌아가게 된다.

바람직한 제1 형태의 구동 시스템(10)과 마찬가지로, 바람직한 제2 형태의 구동 시스템(20)은, 낮은 힘과 긴 행정의 마스터 실린더의 왕복운동을 더 높은 힘과 더 짧은 행정의 슬레이브 피스톤들의 상응하는 왕복운동으로 전환하여, 그로 인해 압력파를 발생시키기 위해 요구되는 방식으로 구동 피스톤(19)을 왕복운동시키도록, 마스터 피스톤(33)보다 넓은 표면적 또는 단면적을 구비하는 슬레이브 피스톤(37, 39)들을 포함한다.

예시 시방서

극저온 냉동기 시스템 적용에 바람직한 제1 형태(10) 및 제2 형태(20)를 위한 구동 시스템의 시방서의 예가 지금 설명될 것이다. 이러한 시방서는 단지 예시이며 본 발명을 한정할 의도는 아니다. 구동 시스템은 다양한 적용을 위한 다양한 설계 시방서에 적합하도록 개조될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다.

압력파 발생기가 압력파를 발생시키기 위해 사용되는 극저온 냉동기 시스템에서, 구동 피스톤(19) 및 다이어프램(11, 13)들의 왕복 횟수(frequency)는 30 내지 60 Hz 정도인 것이 바람직하다. 슬레이브 피스톤(37, 39)들은 1 내지 4 mm 범위 이내의 행정길이를 갖는 것이 바람직하다. 마스터 피스톤(33)의 행정거리는, 바람직하게는 슬레이브 피스톤 행정거리의 5 내지 15배의 범위, 더욱 바람직하게는 슬레이브 피스톤 행정거리의 대략 10배이다. 마스터/슬레이브 피스톤 행정거리 비는 마스터/슬레이브 피스톤 단면적 비와 연관되며, 바람직하게는 1:5 내지 1:15 범위, 더욱 바람직하게는 대략 1:10이다. 유압증폭기에서의 최대 유압유체 압력은, 바람직하게는 50 내지 200 바(Bar)의 범위, 더욱 바람직하게는 대략 100 바이며, 압력파 발생기에서의 압력 진폭(pressure swing)은 +/- 5 바 정도이다.

구동 시스템의 적용 및 다른 선택적인 형태

구동 시스템은 임의의 적당한 압력파 발생기 용도에 활용될 수 있을 것이다. 예로서, 구동 시스템은 스털링 냉동기 또는 펄스 튜브 등과 같은, 극저온 냉동기 시스템에서 작동하는 압력파 발생기에 활용될 수 있을 것이다. 선택적으로, 구동 시스템은 극저온 냉동기 시스템용 다이어프램 헬륨 펌프 또는 다른 유체 및 가스 용도의 임의의 다른 다이어프램 펌프에 활용될 수 있다.

마스터 구성(arrangement) 및 슬레이브 구성을 이용한 다른 유압증폭기가 선택적으로 구동 시스템에서 수행될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 예를 들어, 마스터 피스톤은 한 쌍 이상의 대향하는 슬레이브 피스톤들을 구동하도록 배열될 수 있으며, 또는 선택적인 구성에서는 하나 이상의 슬레이브 피스톤들을 구동하는 복수의 마스터 피스톤들이 제공될 수 있다.

장점 및 이득

구동 시스템의 유압증폭기는, 모터 크랭크 시스템 등과 같은 긴 행정과 낮은 힘의 액추에이터가, 짧은 행정과 높은 힘으로 압력파 발생기의 구동 피스톤을 이동시키도록 허용한다. 구체적으로, 구동 시스템의 유압증폭기는, 상대적으로 큰 단면적이어서 그로 인해 상대적으로 작은 거리를 이동하는 한 쌍의 슬레이브 피스톤을 구동하기 위해, 상대적으로 작은 단면적 및 상대적으로 긴 이동의 마스터 피스톤을 사용한다.

구동 시스템의 바람직한 제1 형태나 제2 형태 중 어느 하나가 설계 요구사항에 따라 채택될 수 있다. 각각의 바람직한 형태는 자체적으로 특정한 용도에 더욱 적합하게 적응될 수도 있다. 예로서, 바람직한 제1 형태의 시스템은, 유압 연결 라인의 사용을 통해 슬레이브 시스템 및 다이어프램들로부터 액추에이터 및 마스터 시스템을 분리하도록 하는 것이 바람직한, 구동 시스템에 채택될 수 있다. 예를 들어 모터와 크랭크 등과 같은 작동 액추에이터 및 다이어프램들로부터 물리적으로 분리된 마스터 피스톤과 실린더를 구비하는 것은, 특정한 용도가 모터를 근처에 구비하는 것이 적합하지 않은 경우에도 이점을 얻을 수 있다. 슬레이브 시스템 및 다이어프램으로부터 작동 액추에이터 및 마스터 시스템의 분리는 또한 유지가 용이한 모듈형 구조를 허용한다. 예로서, 바람직한 제2 형태의 구동 시스템은, 마스터 시스템과 슬레이브 시스템 사이를 서로 직접적으로 연결하여, 이들이 동일한 실린더 캐비티를 공유하는 것이 바람직한 경우에 채택될 수 있다. 일체화된 마스터 시스템과 슬레이브 시스템을 구비하는 것은, 특정한 용도를 위해 적합할 수 있는, 더욱 콤팩트한 설계를 허용한다. 일체형 설계는 또한 본질적으로 고도의 평형이 유지되도록 할 수 있다.

본 발명에 대한 전술한 설명은 본 발명의 바람직한 형태를 포함한다. 첨부되는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변형들이 이루어질 수 있다.

Claims

극저온 냉동기 시스템에 있어서,
왕복이동가능한 구동 피스톤의 대향하는 단부들 또는 대향하는 단부들 부근에 각각 결합되는 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하며, 구동 시스템에 의해 구동되는 다이어프램식 압력파 발생기; 및
발생된 압력파에 의해 구동되도록 상기 다이어프램식 압력파 발생기에 작동적으로 연결되는 하나 이상의 극저온 냉동기를 포함하며,
상기 구동 시스템은:
왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터;
2개의 단부를 구비하는 복동 평형식 마스터 실린더 내부에서 왕복운동으로 상기 액추에이터의 출력에 의해 구동되는 마스터 피스톤; 및
각각의 슬레이브 실린더 내부에서 왕복으로 이동가능하고, 각각 상기 구동 피스톤의 대향하는 단부들의 각각에 작용하도록 배열되는, 대향하는 슬레이브 피스톤들을 포함하며,
각각의 상기 슬레이브 실린더는, 상기 마스터 피스톤이 상기 마스터 실린더와 상기 슬레이브 실린더들 사이에서 이동하며 상기 다이어프램들에 접촉하지 않도록 2개의 대향하는 제1 및 제2 다이어프램으로부터 격리되는 유압유체를 통하여 상기 슬레이브 피스톤들을 구동하도록, 유압유체 연통을 위해 상기 마스터 실린더의 2개의 단부의 각각에 작동적으로 연결되며,
상기 슬레이브 피스톤들은, 작은 힘과 긴 행정에서의 상기 마스터 피스톤의 왕복운동이 더 큰 힘과 더 짧은 행정에서의 상기 슬레이브 피스톤들의 왕복운동을 야기하고, 그로 인해 상기 구동 피스톤 및 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들을 왕복시켜 압력파를 발생시키도록, 상기 마스터 피스톤보다 더 넓은 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은, 상기 마스터 피스톤의 움직임에 대응하여 상기 마스터 실린더와 슬레이브 실린더 사이에서 유압유체를 운반하는, 유압 라인에 의해 간접적으로 작동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 마스터 실린더는 마스터 피스톤의 양쪽에서 제1 및 제2 챔버를 포함하고,
상기 각각의 챔버는 상기 마스터 실린더의 단부 또는 단부 부근에 형성되며,
상기 유압 라인은 상기 제1 챔버와 상기 슬레이브 실린더들의 하나의 사이 및 상기 제2 챔버와 상기 슬레이브 실린더들의 다른 하나의 사이에서 유압유체를 운반하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은, 이들이 동일한 실린더 캐비티를 공유하도록, 서로 직접적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 마스터 실린더의 각 단부는, 각각의 슬레이브 실린더로 직접적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은 하나의 구성부품으로서 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 마스터 실린더 및 상기 슬레이브 실린더들은 함께 고정되는 분리된 구성부품인 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 마스터 실린더의 상기 제1 챔버를 통해 상기 마스터 피스톤의 한쪽으로부터 연장되는 피스톤 로드 및 상기 마스터 실린더의 상기 제2 챔버를 통해 상기 마스터 피스톤의 반대쪽으로부터 연장되는 평형 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 피스톤 로드는, 상기 마스터 피스톤을 그의 마스터 실린더 내부에서 왕복시키기 위하여 상기 액추에이터의 출력에 결합되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 액추에이터는, 모터에 의한 크랭크 축의 회전이 커넥팅 로드의 왕복운동을 야기하도록 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크를 구비하는 회전가능한 크랭크 축을 포함하며, 상기 커넥팅 로드는, 상기 마스터 실린더의 피스톤 로드에 작동적으로 결합되어 마스터 실린더 내에서 왕복운동으로 피스톤 로드를 앞뒤로 구동시키는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터는, 상기 마스터 피스톤의 반대쪽에 위치하게 되는 한 쌍의 역회전 크랭크축을 포함하며, 상기 크랭크축들은 동기화된 역회전을 달성할 수 있는 그러한 방식으로 한 쌍의 기어에 의해 서로 연결되고, 각 크랭크축은 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크를 구비하며, 상기 커넥팅 로드는 상기 마스터 피스톤에 결합되는 연결바의 각 단부에 작동적으로 결합되며,
모터에 의한 상기 크랭크축들의 회전은 상기 연결바의 왕복을 야기하여 그로 인해 상기 마스터 피스톤이 그의 마스터 실린더 내부에서 왕복하도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 피스톤은 그 길이방향으로 연장되는 구동 피스톤 축선을 따라 전후방으로 왕복하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 슬레이브 피스톤들은 상기 구동 피스톤의 구동 피스톤 축선과 동축인 슬레이브 피스톤 축선을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스터 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤 축선에 수직으로 연장되는 마스터 피스톤 축선을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 마스터 피스톤은 상기 슬레이브 피스톤 축선과 평행한 또는 상기 슬레이브 피스톤 축선과 정렬되는 마스터 피스톤 축선을 따라 전후방으로 왕복하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 피스톤은 대향하는 원형의 상단부 및 하단부 플레이트를 포함하며,
상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램은 내측 및 외측 가장자리를 갖는 환형이고, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램의 상기 내측 가장자리는 상기 구동 피스톤의 상기 상단부 및 하단부 플레이트의 각각의 외측 주변 가장자리에 고정되며, 그리고 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들의 상기 외측 가장자리는 상기 압력파 발생기의 하우징 내부에 고정되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 구동 피스톤의 상기 상단부 및 하단부 플레이트는, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램이 압력파를 생성하도록 그 안에서 이동하는 각각의 가스 공간들과 마주하는 외부 표면들 및, 상기 대향하는 제1 및 제2 다이어프램 사이에서 밀봉된 환경과 마주하는 내부 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 17 항에 있어서,
전체 구동 시스템은 상기 압력파 발생기의 상기 하우징의 대향하는 제1 및 제2 다이어프램들 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 17 항에 있어서,
상기 작동 액추에이터, 마스터 피스톤 및 마스터 실린더는 상기 압력파 발생기의 하우징 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 16 항에 있어서,
각각의 상기 슬레이브 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤의 그의 슬레이브 실린더로부터의 확장이 동일한 방향에서 상기 구동 피스톤의 상응하는 변위를 야기하도록, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부 플레이트의 상기 내부 표면과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 16 항에 있어서,
각각의 상기 슬레이브 피스톤은, 상기 슬레이브 피스톤의 그의 슬레이브 실린더로부터의 확장이 동일한 방향에서 상기 구동 피스톤의 상응하는 변위를 야기하도록, 상기 구동 피스톤의 각각의 단부 플레이트의 상기 내부 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 슬레이브 실린더는, 상기 슬레이브 피스톤이 작동 도중에 각각의 슬레이브 실린더로부터 예정된 거리를 넘어 확장되는 경우, 하나 또는 복수의 탱크로 유압 유체를 배출하도록 배열되는 하나 또는 복수의 릴리프 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더 내에 유압유체를 가득 채우기 위해 저장탱크로부터 상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더로 유압유체를 펌핑하도록 배열되는 유압 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 23 항에 있어서,
상기 유압펌프는, 하나 이상의 체크 밸브를 구비하는 유압 오일 공급 라인을 통하여 상기 마스터 실린더 및/또는 슬레이브 실린더로 유압유체를 펌핑하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
마스터 피스톤 대 슬레이브 피스톤의 단면적 비는 1:5 내지 1:15 인 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
제 25 항에 있어서,
마스터 피스톤 대 슬레이브 피스톤의 단면적 비는 1:10인 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
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극저온 냉동기 시스템에 있어서,
왕복이동가능한 구동 피스톤의 대향하는 단부들 또는 대향하는 단부들 부근에 각각 결합되는 대향하는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하며, 구동 시스템에 의해 구동되는 다이어프램식 압력파 발생기; 및
발생된 압력파에 의해 구동되도록 상기 다이어프램식 압력파 발생기에 작동적으로 연결되는 하나 이상의 극저온 냉동기를 포함하며,
상기 구동 시스템은:
작은 힘과 긴 행정을 갖는 왕복운동 출력을 발생시키는 작동 액추에이터; 및
상기 액추에이터 및 상기 구동 피스톤 사이에 작동적으로 결합되고, 상기 액추에이터로부터의 왕복운동 출력을 더 높은 힘과 더 짧은 행정을 구비하는 증폭된 출력으로 변환하도록 그리고 상기 구동 피스톤 및 대향하는 다이어프램을 왕복운동시켜 압력파를 발생시키도록 상기 구동 피스톤에 증폭된 출력을 작용시키도록 배열되는 유압 증폭기를 포함하며,
상기 유압 증폭기는 상기 다이어프램들에 접촉하지 않도록 대향하는 제1 및 제2 다이어프램으로부터 격리되는 유압유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기 시스템.
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