KR100662189B1 - 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치 - Google Patents

극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치 Download PDF

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권운식
김영춘
문태선
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Abstract

본 발명은 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 냉매가스 재활용장치는 극저온 냉각장치에서 배출되는 기체상태의 냉매가스를 임시로 저장하는 제1 가스저장용기와, 제1 가스저장용기에 저장된 냉매가스를 가압하는 압축기와, 압축기에 의해 가압된 냉매가스를 그 내부에 저장하며, 가압된 냉매가스와 극저온 냉각장치 내부의 압력차이를 이용하여 가압된 냉매가스를 극저온 냉각장치로 선택적으로 다시 공급하는 제2 가스저장용기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 냉매가스 재활용장치에 의하면, 극저온 냉각장치에서 배출되는 냉각가스를 가압하여 적은 부피로 저장하며, 저장된 냉매가스를 별도의 구동원 없이도 다시 극저온 냉각장치로 공급하는 것이 가능하다.
극저온 냉각장치, 냉매가스, 재활용, 가압

Description

극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치 {Refrigerant Gas Recycling Apparatus for Cryogenic Cooling Device}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉매가스 재활용장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 냉매가스 재활용장치의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...극저온 냉각장치 30...제1 가스저장용기
40...압축기 50...제2 가스저장용기
60...제어부 70...진공펌프
80...냉매가스 공급용기
본 발명은 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극저온 냉각장치에서 방출되는 냉매가스를 가압하여 저장하고, 저장된 냉매가스를 다시 냉각장치에 공급할 수 있는 재활용장치에 관한 것이다.
일반적으로 금속의 초전도 현상 또는 초전도 모터 등의 연구를 위해서는 대 상물을 초전도 상태가 발생하는 임계온도(약 4 ~ 77K)로 냉각하는 극저온 냉각장치(Cryogenic Cooling Device)가 필수적이다. 이러한 냉각장치는 질소, 네온, 수소, 헬륨 등의 냉매가스를 이용하며, 상기 냉매가스의 기화열을 이용하여 대상물을 냉각하게 된다.
종래에는 상기 극저온 냉각장치에서 사용되고 방출되는 기체상태의 냉매가스를 다시 재활용하지 않고 대기 중에 그대로 방출하거나, 또는 풍선과 같은 대형 가스백(gas bag)에 대기압으로 저장하여 다시 사용하는 방법을 채택하였다.
그러나, 종래방법에서처럼 사용된 냉매가스를 대기 중에 그대로 방출하는 경우, 냉매가스에 포함될 수 있는 유독성분이나 발화성분에 의해 인체에 해를 끼치거나 폭발 등의 위험이 발생하는 문제점을 수반한다. 또한, 상기 냉각장치에서 기화되어 방출되는 냉매가스는 액체 상태에 비해 그 체적이 수 배 내지는 수십 배로 증가하므로, 대기압으로 가스백에 저장하는 경우 가스백의 부피가 지나치게 커지는 문제점을 수반한다.
나아가, 종래의 냉각장치에서는 냉각장치 내부를 퍼징(purging)하는 장치, 냉각가스를 공급하는 장치 및 냉각가스를 회수하는 장치가 모두 독립적으로 구성되어, 각 작업에 따라 별개의 장치를 일일이 설치해야 하는 번거로움이 있으며, 각 장치를 구동시키기 위해서는 작업자가 일일이 수동으로 장치를 구동시켜야 하는 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 극저온 냉각장치에서 배출되는 냉각가스를 가압하여 적은 부피로 저장하며, 저장된 냉매가스를 별도의 구동원 없이 다시 극저온 냉각장치로 공급하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 극저온 냉각장치를 퍼징하는 장치, 냉각가스를 공급하는 장치, 냉각가스를 회수하여 저장 및 재공급하는 장치를 일체화함으로써, 단순한 구성에 의해 냉매가스를 재활용할 수 있는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제어부에 의해 각 구성요소의 구동을 제어함으로써, 손쉽게 각 구성요소의 동작을 구동시키며 제어할 수 있는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 극저온 냉각장치에서 배출되는 기체상태의 냉매가스를 임시로 저장하는 제1 가스저장용기와, 상기 제1 가스저장용기에 저장된 냉매가스를 가압하는 압축기와, 상기 압축기에 의해 가압된 냉매가스를 그 내부에 저장하며, 상기 가압된 냉매가스와 상기 극저온 냉각장치 내부의 압력차이를 이용하여 상기 가압된 냉매가스를 상기 극저온 냉각장치로 선택적으로 다시 공급하는 제2 가스저장용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치에 의해 달성된다.
나아가, 본 발명에 따른 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치는 극저온 냉각장치, 제1 또는 제2 가스저장용기를 퍼징하기 위하여, 상기 극저온 냉각장치, 제1 또는 제2 가스저장용기와 선택적으로 연결되어 그 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프와, 상기 극저온 냉각장치, 제1 또는 제2 가스저장용기와 선택적으로 연결되어 냉매가스를 공급하는 냉매가스 공급용기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압축기는 냉매가스를 5 내지 10기압으로 가압하여 부피를 줄여서 상기 제2 가스저장용기에 저장하게 된다.
또한, 본 발명의 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치는 상기 극저온 냉각장치에서 배출되는 냉매가스의 극저온에 의해 장치가 냉각되어 파손되는 것을 방지하기 위하여 상기 극저온 냉각장치에서 배출되는 냉매가스를 가열하는 히터를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치는 각 구성요소의 구동을 제어하기 위하여 제어부를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치(100)의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 냉매가스 재활용장치(100)는 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 임시로 저장하는 제1 가스저장용기(30)와, 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 가열하는 히터(12)와, 제1 가스저장용기(30)에 저장된 냉매가스를 가압하는 압축기(40)와, 가압된 냉매가스를 저장하는 제 2 가스저장용기(50)를 포함한다.
전술한 극저온 냉각장치(10), 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50) 및 압축기(40)는 후술하는 가스라인과 밸브에 의해 서로 연결된다. 이하 각 구성요소의 가스라인에 의한 연결구조에 대해 설명하고, 각 구성요소의 구동에 대해서 상세히 설명한다.
극저온 냉각장치(10)에서 연장된 냉각장치라인(L1)은 제1 삼방향밸브(20)에 연결되며, 제1 삼방향밸브(20)에서 연장되는 라인들은 각각 배출라인(L2)과 재공급라인(L4)을 형성하게 된다. 배출라인(L2)은 제1 가스저장용기(30)와 연결되며, 제1 가스저장용기(30)는 압축기(40)를 거쳐 연결라인(L3)에 의해 제2 가스저장용기(50)와 연결된다. 한편, 상기 연결라인(L3)에는 쌍방향밸브(42)가 설치되어 압축기(40)에서 가압되어 제2 가스저장용기(50)로 공급되는 냉매가스의 양을 조절할 수 있게 된다. 제2 가스저장용기(50)는 전술한 재공급라인(L4)에 의해 제1 삼방향밸브(20)와 연결된다.
위와 같은 연결구조를 갖는 구성에서, 극저온 냉각장치(10)에서 사용되고 기체상태로 배출되는 냉매가스는 냉각장치라인(L1)을 통하여 배출된다. 이 경우, 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 기체상태의 냉매가스는 매우 낮은 온도, 예를 들어 냉매가스로 헬륨을 사용하는 경우에는 약 -269℃, 질소가스를 사용하는 경우에는 약 -196℃의 온도를 갖게 된다. 이와 같이 매우 낮은 온도를 갖는 냉매가스를 그대로 가스라인을 통해서 흘려보내게 되면, 가스라인들이 냉각되며, 심지어는 파손될 우려가 있다. 따라서, 극저온 냉각장치(10)에 인접한 냉각장치라인(L1)에는 바람직하게 히터(12)를 설치하여, 냉각장치(10)에서 배출되는 극저온의 냉매가스를 가열하여 상온의 온도를 갖게 하여 전술한 파손의 우려를 방지한다. 이러한 히터(12)로는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 이미 다양한 것들이 공지되어 있으므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
한편, 냉각장치라인(L1)에는 압력게이지(14)와 유량게이지(16)가 설치된다. 압력게이지(14)와 유량게이지(16)는 냉각장치라인(L1)의 내부를 따라 흐르는 냉매가스의 압력과 유량을 측정하며, 후술하는 제어부(60)로 측정결과를 전송하게 된다. 제어부(60)에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
냉각장치라인(L1)은 전술한 바와 같이 제1 삼방향밸브(20)와 연결되며, 제1 삼방향밸브(20)에서 연장된 라인들은 각각 배출라인(L2)과 재공급라인(L4)을 형성하게 된다. 제1 삼방향밸브(20)에서 연장된 배출라인(L2)은 제1 가스저장용기(30)와 연결된다. 따라서, 냉각장치(10)에서 배출된 냉매가스는 냉각장치라인(L1) 및 배출라인(L2)을 통해 제1 가스저장용기(30)에 임시로 저장된다.
제1 가스저장용기(30)에 임시로 저장된 냉매가스는 압축기(40)에 의해 가압되어 연결라인(L3)을 통해 제2 가스저장용기(50)로 이동된다. 압축기(40)는 제1 가스저장용기(30)에 임시로 저장된 냉매가스를 가압하여 냉매가스의 부피를 줄임으로써, 냉매가스를 저장하는 제2 가스저장용기(50)의 부피를 최소화할 수 있도록 한다. 압축기(40)에 의해 가압되는 정도는 극저온 냉각장치(10)의 종류에 따라 변화되는데, 본 발명에서는 바람직하게 5 내지 10 기압(atm)의 압력으로 냉매가스를 가압한다. 한편, 연결라인(L3)에는 쌍방향밸브(42)가 설치되고, 제어부(60)에 의해 쌍방향밸브(42)의 개방 또는 폐쇄를 제어함으로써, 압축기(40)에 의해 가압되어 제2 가스저장용기(50)로 유입되는 냉매가스의 양을 조절할 수 있게 된다.
제2 가스저장용기(50)는 개폐기(52) 및 재공급라인(L4)을 통해 제1 삼방향밸브(20)와 연결된다. 극저온 냉각장치(10)에 냉매가스를 공급해야 하는 경우, 본 발명에 따른 재활용장치(100)에서는 새로운 냉매가스를 냉각장치(10)에 주입하는 것이 아니라, 제2 가스저장용기(50)에 저장된 냉매가스를 극저온 냉각장치(10)로 다시 공급하게 된다. 이 경우, 제2 가스저장용기(50)에 저장된 냉매가스는 5 내지 10 기압의 고압으로 가압된 상태이므로, 개폐기(52)를 개방하고 제1 삼방향밸브(20)에 의해 재공급라인(L4)과 냉각장치라인(L1)을 연결하게 되면, 제2 가스저장용기(50) 내부와 극저온 냉각장치(10) 내부의 압력 차이에 의해 별도의 구동원 없이도 냉매가스를 제2 가스저장용기(50)에서 극저온 냉각장치(10)로 공급할 수 있게 된다.
또한, 제1 가스저장용기(30)와 제2 가스저장용기(50)에는 압력게이지기(14)가 각각 설치되어, 그 내부에 저장되는 냉매가스의 압력을 측정하여 제어부(60)로 측정결과를 전송한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(60)는 전술한 각 구성요소의 구동을 제어하게 된다. 도 1에 도시된 은선은 제어부(60)에 의해 각 구성요소가 제어되는 상태를 시각적으로 나타내기 위한 가상선이다. 이하 제어부(60)에 의해 제어되는 본 발명에 따른 재활용장치(100)의 구동 메카니즘을 살펴본다.
먼저 극저온 냉각장치(10)에서 배출된 냉매가스를 회수하는 경우, 제어부 (60)는 히터(12)의 구동을 제어하여 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스가 적절한 온도, 예를 들어 상온으로 가열되도록 제어한다. 또한, 제어부(60)는 제1 삼방향밸브(20)를 제어하여 냉각장치라인(L1)과 배출라인(L2)을 차례대로 연결하여, 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스가 냉각장치라인(L1) 및 배출라인(L2)을 통하여 제1 가스저장용기(30)에 임시로 저장되도록 한다.
이어서, 제어부(60)는 압축기(40)의 구동을 제어하여 제1 가스저장용기(30)에 저장된 냉매가스를 가압한다. 이 경우, 제어부(60)는 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)에 각각 설치된 압력게이지(14)로부터 냉매가스의 압력데이터를 전송받고, 상기 압력데이터의 차이를 비교하여 압축기(40)를 제어하여 냉매가스를 가압하게 된다.
가압된 냉매가스를 제2 가스저장용기(50)에 저장하고자 하는 경우, 제어부(60)는 쌍방향밸브(42)를 개방하고 제2 가스저장용기(50)의 개폐기(52)를 폐쇄하도록 제어하여, 압축기(40)에서 가압된 냉매가스가 제2 가스저장용기(50)의 내부에 저장되도록 한다. 냉각장치(10)에서 배출된 모든 냉매가스가 제2 가스저장용기(50)에 저장된 경우, 제어부(60)는 쌍방향밸브(42)를 폐쇄하여 제2 가스저장용기(50)를 밀폐하게 된다.
한편, 극저온 냉각장치(10)에 냉매가스를 다시 공급하고자 하는 경우에 제어부(60)는 제1 삼방향밸브(20)를 제어하여 재공급라인(L4)과 냉각장치라인(L1)을 차례대로 연결하고, 제2 가스저장용기(50)의 개폐기(52)를 개방하여 제2 가스저장용기(50) 내부의 냉매가스가 냉각장치(10)의 내부로 유입되도록 한다. 이 경우, 전 술한 바와 같이, 제2 가스저장용기(50)의 내부에는 가압된 냉매가스가 저장되어 있으므로, 제2 가스저장용기(50)와 냉각장치(10) 내부의 압력 차이에 의해 별도의 구동원 없이도, 제2 가스저장용기(50) 내부의 냉매가스를 냉각장치(10)로 공급할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치(200)의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 도 1의 실시예와 비교하여 진공펌프(70)와 냉매가스 공급용기(80)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 설명한다. 도 1의 실시예와 동일한 구성요소는 도 1의 참조번호와 동일한 참조번호를 사용하였음을 밝혀둔다.
극저온 냉각장치(10)에서 연장된 냉각장치라인(L1)은 제2 삼방향밸브(21)와 연결되며, 제2 삼방향밸브(21)에서 연장된 라인들은 각각 냉매가스 공급용기(80)에 연결되는 가스공급라인(L8)과 제1 중간라인(L7)을 형성하게 된다. 제1 중간라인(L7)은 다시 제3 삼방향밸브(22)와 연결되며, 제3 삼방향밸브(22)에서 연장된 라인들은 각각 제2 중간라인(L5)과 진공펌프(70)와 연결되는 펌프라인(L6)을 형성하게 된다. 한편, 제2 중간라인(L5)은 제4 삼방향밸브(23)에 연결되며, 제4 삼방향밸브(23)에서 연장된 라인들은 각각 배출라인(L2)과 재공급라인(L4)을 형성하게 된다. 배출라인(L2) 및 재공급라인(L4)이 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)와 압축기(40)에 연결되는 구성은 도 1의 실시예와 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 냉매가스 재활용장치(200)는 도 1의 재활용장치와 비교하여, 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 회수하여 저장 및 재공급하는 기능 이외에, 극저온 냉각장치(10)를 구동시키기 전에 진공펌프(70)에 의해 극저온 냉각장치(10), 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)를 퍼징(purging)하는 기능과, 냉매가스 저장용기(80)에 의해 극저온 냉각장치(10)에 초기 냉매가스를 공급하는 기능을 함께 가지고 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 실시예에서 제어부(60)의 제어에 의해 전술한 각 기능들이 이루어지는 구체적인 구동 메커니즘을 구체적으로 살펴본다.
먼저, 본 실시예에서 극저온 냉각장치(10)를 구동시키기 전에 냉각장치(10) 내부의 불순물, 즉 냉매가스 이외의 가스성분을 제거하는 퍼징과정을 살펴보면 다음과 같다.
제어부(60)는 우선 제2 및 제3 삼방향밸브(21, 22)를 제어하여 냉각장치라인(L1), 제1 중간라인(L7) 및 펌프라인(L6)이 차례대로 연결되도록 한다. 이어서, 제어부(60)는 진공펌프(70)를 구동시켜 냉각장치(10) 내부를 진공상태로 만들며, 냉각장치(10) 내부가 진공상태로 되면 후속하여 제2 삼방향밸브(21)를 다시 제어하여 냉각장치라인(L1)과 가스공급라인(L8)을 연결한다. 냉각장치라인(L1)과 가스공급라인(L8)을 연결한 다음, 제어부(60)는 냉매가스 공급용기(80)의 개폐기(82)를 개방하여 냉매가스가 가스공급라인(L8) 및 냉각장치라인(L1)을 통하여 냉각장치(10)의 내부로 공급되도록 한다. 소량의 냉매가스를 냉각장치(10)의 내부로 공급한 다음, 제어부(60)는 다시 제2 및 제3 삼방향밸브(21, 22)를 제어하여 냉각장치 라인(L1), 제1 중간라인(L7) 및 펌프라인(L6)을 차례대로 연결하고, 진공펌프(70)를 구동시켜 냉각장치(10) 내부를 다시 진공상태로 만들게 된다. 제어부(60)는 전술한 과정을 수차례 반복함으로써 냉각장치(10) 내부의 불순물을 제거하는 퍼징작업을 마치게 된다.
한편, 제1 가스저장용기(30)를 퍼징하는 경우, 제어부(60)는 제3 및 제4 삼방향밸브(22, 23)를 제어하여 펌프라인(L6), 제2 중간라인(L5) 및 배출라인(L2)을 차례대로 연결하고 쌍방향밸브(42)를 폐쇄한 다음, 진공펌프(70)를 구동시켜 제1 가스저장용기(30)의 내부를 진공상태로 만든다. 이어서, 제2, 제3, 및 제4 삼방향밸브(21, 22, 23)를 제어하여 가스공급라인(L8), 제1 및 제2 중간라인(L7, L5), 및 배출라인(L2)을 차례대로 연결하고 냉매가스 공급용기(80)에 의해 제1 가스저장용기(30)로 냉매가스를 소량 공급하고 다시 진공상태로 만드는 과정을 수차례 반복하여 제1 가스저장용기(30)의 퍼징작업을 마치게 된다.
제2 가스저장용기(50)를 퍼징하는 과정은 전술한 제1 가스저장용기(30)를 퍼징하는 과정과 유사한 과정에 의해 이루어진다. 즉, 제어부(60)는 제3 및 제4 삼방향밸브(22, 23)를 제어하여 펌프라인(L6), 제2 중간라인(L5) 및 재공급라인(L4)을 차례대로 연결하고 쌍방향밸브(42)를 폐쇄한 다음, 진공펌프(70)를 구동시켜 제2 가스저장용기(50)의 내부를 진공상태로 만든다. 이어서, 제2, 제3, 및 제4 삼방향밸브(21, 22, 23)를 제어하여 가스공급라인(L8), 제1 및 제2 중간라인(L7, L5), 및 재공급라인(L4)을 차례대로 연결하고 냉매가스 공급용기(80)에 의해 제2 가스저장용기(50)로 냉매가스를 공급하고 다시 진공상태로 만드는 과정을 수차례 반복하 여 제2 가스저장용기(50)의 퍼징작업을 마치게 된다.
극저온 냉각장치(10), 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)의 퍼징작업을 마친 다음, 제어부(60)는 극저온 냉각장치(10)로 초기 냉매가스를 공급하게 된다. 구체적으로 제어부(60)는 제2 삼방향밸브(21)를 제어하여 냉각장치라인(L1)과 가스공급라인(L8)을 연결한 다음, 냉매가스 공급용기(80)의 개폐기(82)를 개방하여 냉각장치(10)의 내부로 냉매가스를 공급하게 된다. 이 경우, 제어부(60)는 냉각장치라인(L1)에 설치된 압력게이지(14)와 유량게이지(16)에 의해 냉각장치라인(L1)의 내부를 따라 흐르는 냉매가스의 압력과 유량을 측정하여, 냉각장치(10)로 공급되는 냉매가스의 양을 제어하게 된다. 극저온 냉각장치(10)의 내부에 적절한 양의 냉매가스를 공급한 다음, 제어부(60)는 제2 삼방향밸브(21)를 폐쇄하여 냉각장치(10)가 구동되는 동안에 냉각장치(10)를 밀폐하게 된다.
냉각장치(10)에 의해 배출되는 냉매가스를 회수하여 저장 및 재공급하는 과정은 도 1의 실시예에서 설명한 방식과 유사한 방식에 의해 이루어진다.
즉, 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 제1 가스저장용기(30)에 임시로 저장하는 경우, 제어부(60)는 제2, 제3 및 제4 삼방향밸브(21, 22 ,23)를 제어하여 냉각장치라인(L1), 제1 및 제2 중간라인(L7, L5), 및 배출라인(L7)을 차례대로 연결하게 된다. 이어서, 압축기(40)에 의해 가압하고 제2 가스저장용기(50)에 냉매가스를 저장하는 과정은 전술한 도 1의 실시예와 동일한 방식에 의해 이루어지므로 상세한 설명은 생략한다.
냉각장치(10)를 다시 구동시키기 위하여, 제2 가스저장용기(50)에 저장된 냉 매가스를 냉각장치(10)에 공급하는 경우, 제어부(60)는 제2, 제3 및 제4 삼방향밸브(21, 22, 23)를 제어하여 냉각장치라인(L1), 제1 및 제2 중간라인(L7, L5) 및 재공급라인(L4)을 차례대로 연결하고, 제2 가스저장용기(50)의 개폐기(52)를 개방하여 냉각장치(10)로 냉매가스를 공급하게 된다. 이 경우, 전술한 도 1의 실시예와 마찬가지로, 제2 가스저장용기(50) 내부의 냉매가스는 압력차이에 의해 별도의 구동원 없이도 냉각장치(10)로 유입된다.
본 명세서에서 사용된 '극저온 냉각장치'는 금속의 초전도 현상 또는 초전도 모터 등의 동작구현을 위하여 대상물을 초전도 상태가 발생하는 임계온도(약 4 ~ 77K)로 냉각시키는 장치를 의미하지만, 이에 한정되지는 않으며 일반적인 냉각장치에도 널리 이용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 '냉매가스'는 냉각장치에 사용되는 통상의 냉매가스를 의미하며, 바람직하게는 질소, 네온, 수소, 헬륨 등이 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용장치는 냉각장치에서 배출된 냉매가스를 가압하여 저장함으로써, 냉매가스를 저장하는 제2 가스저장용기의 부피를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 냉매가스를 대기압보다 고압의 압력으로 가압하여 저장함으로써, 냉각장치에 냉매가스를 다시 공급하는 경우에 냉각장치와 저장용기 내부의 압력차이에 의해 별도의 구동원 없이도 손쉽게 냉매가스를 냉각장치로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 냉각장치를 퍼징하는 장치, 초기에 냉매가스를 공급하는 장치, 사용된 냉매가스를 회수하여 저장 및 재공급하는 장치를 일체화함으로써, 구성이 단순하며 조립이 용이한 냉매가스 재활용장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 제어부에 의해 각 구성요소의 구동을 자동으로 제어함으로써, 수동에 의해 구동하는 번거로움을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 기체상태의 냉매가스를 임시로 저장하는 제1 가스저장용기(30)와,
    상기 제1 가스저장용기(30)에 저장된 냉매가스를 가압하는 압축기(40)와,
    상기 압축기(40)에 의해 가압된 냉매가스를 그 내부에 저장하며, 상기 가압된 냉매가스와 상기 극저온 냉각장치(10) 내부의 압력차이를 이용하여 상기 가압된 냉매가스를 상기 극저온 냉각장치(10)로 선택적으로 다시 공급하는 제2 가스저장용기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기(40)는 상기 냉매가스를 5 ~ 10 기압(atm)으로 가압하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 가열하는 히터(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)에 저장되는 냉매가스의 양과, 상기 제2 가스저장용기(50)에서 상기 극저온 냉각장치(10)로 공급되는 냉매가스의 양과, 상기 압축기(40) 및 히터(12)의 구동을 제어하는 제어부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 극저온 냉각장치(10), 제1 또는 제2 가스저장용기(30, 50)와 선택적으로 연결되어 그 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프(70)와,
    상기 극저온 냉각장치(10), 제1 또는 제2 가스저장용기(30, 50)와 선택적으로 연결되어 냉매가스를 공급하는 냉매가스 공급용기(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압축기(40)는 상기 냉매가스를 5 ~ 10 기압(atm)으로 가압하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 극저온 냉각장치(10)에서 배출되는 냉매가스를 가열하는 히터(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 진공펌프(70)의 구동과, 상기 냉매가스 공급용기(80)에서 공급되는 냉매가스의 양과, 상기 제1 및 제2 가스저장용기(30, 50)에 저장되는 냉매가스의 양과, 상기 제2 가스저장용기(50)에서 상기 극저온 냉각장치(10)로 공급되는 냉매가스의 양과, 상기 압축기(40) 및 히터(12)의 구동을 제어하는 제어부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각장치용 냉매가스 재활용 장치.
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