Since it is difficult to operate moving parts of expander at cryogenic temperature range, it is attractive to minimize mechanical moving parts at low temperature region. This thesis carries out numerical analysis and experimental investigation on a cryogenic Pulse Tube Expander (PTE). An intake valve which takes high-pressure gas and an exhaust valve which discharges low-pressure gas, are connected to a pulse tube. On the other side, an orifice valve and reservoir are installed to control the phase of the mass flow and the pressure. At the warm end, a heat exchanger cooled by cooling water rejects the heat of compressed gas. This thesis introduces the Pulse Tube Expander concept that completely removes mechanical moving parts, develop and verify the performance prediction model. Further design direction of PTE has been also suggested to improve its performance efficiency.
극저온 냉동기는 저온 영역에서 기계적 가동 부를 최소화 하는 것이 바람직하다. 본 석사 논문 연구는 팽창기의 실린더 내부에 피스톤이 존재하지 않는 극저온용 맥동관 팽창기에 대한 수치해석 및 실험이다. 본 팽창기는 고압의 기체가 들어오는 흡기 밸브와 저압의 환경으로 기체를 내보내는 배기 밸브가 저온 부 쪽에서 맥동관과 연결되어 있으며, 반대쪽에는 질량 유량과 압력의 위상을 조절해주기 위한 위상조절기가 설치된다. 고온 부에는 냉각수로 냉각되는 열 교환기가 설치되며, 이를 통하여 흡기과정에서 온도가 상승한 고온 부 쪽의 기체가 냉각이 된다. 본 논문에서는 이러한 기계적 가동 부를 완전히 제거한 맥동관 팽창기를 제안하고, 성능 예측 모델을 개발 및 검증하였으며 고효율 팽창기를 위한 설계 방향을 제시하였다.
