KR101384704B1 - 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 극저온 액체가 이송되는 내관과, 상기 내관을 외부에서 둘러싸고 상기 내관과의 사이에 진공을 유지하는 외관 사이에 개재되는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서에 있어서, 상기 스패이서는, 외측 둘레에 상기 외관의 내주면에 점 접촉하는 복수개의 외측 접촉점을 구비한 판으로 형성되고, 중심부에 상기 내관이 관통하게 형성된 관통공의 내경에 상기 내관의 외주면과 점 접촉하는 뿔 형태로 돌출된 내측 접촉점을 구비한 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서에 대해 개시한다.

Description

극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서{A Double-tube Spacer for Vacuum Covered Cryogenic Liquid Transfer Line}

본 발명은 진공 이중관 스패이서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 액체가 이송되는 내관과 내관을 외부에서 둘러싸고 내관과의 사이에 진공을 형성하는 외관으로 구성된 진공 이중관에서 내관과 외관 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 내관이 외관의 중심부를 따라 연장되도록 하는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서에 관한 것이다.

극저온 액체들, 즉 액화질소, 액체산소, 액체수소, 액체 헬륨 등은 일반적으로 대기압 하에서 100K 이하의 온도를 갖고 있으며, 이러한 극저온 상태를 유지할 수 있는 보관 용기에 보관된다.

보관 용기에 보관되고 있는 극저온 액체들을 이송용 용기로 이송하거나, 이송용 용기로부터 다른 보관 용기로 이송하기 위해서는, 보관 용기와 이송용 용기 사이에 극저온 액체가 이송되는 이송관을 필요로 한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 공지의 진공 이송관을 도시한 도면이다. 공지의 진공 이송관은 내관(1)과, 내관(2)을 외부에서 둘러싸고 내관(1)과의 사이에 진공층(5)을 형성하는 외관(2)으로 구성된다. 진공층(5)은 내관(1)과 외관(2) 사이에서 대류 열전달 및 공기 열전도와 같은 열전달 즉, 외관(2) 외부의 상온으로부터 내관(1) 내부의 극저온으로의 열침입을 방지하여 내관(1)으로 이송되는 극저온 액체들이 극저온을 유지할 수 있도록 한다.

그런데, 이송관은 이중관이기 때문에, 이송관이 수평으로 설치되어 있는 경우에는 길이에 따라 중력 방향으로 내관(1)의 처짐이 일어나게 되고, 수직으로 설치되어 있는 경우에는 외부의 충격이나 방향 전환을 위한 관의 굽힘 등에 의하여 내관(1)이 외관(2)의 중심으로부터 벗어나는 경우가 발생한다. 이 경우 내관(1)이 외관(2)을 향하여 치우친 쪽에서 열 침입이 활발해지는 악영향이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 진공 이중관 타입의 이송관에서는 내관(1)과 외관(2) 사이에서 두 관 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위한 스패이서(spacer)(3)가 사용된다.

그런데, 진공 이송관의 스패이서(3)는 내관(1)과 외관(2)을 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 순기능과 아울러, 외관(2) 상온의 온도가 내관(1)의 100K 이하의 극저온의 온도로 열이 전도되는 통로의 역할을 하는 역기능을 한다.

따라서 스패이서(3)는 내관(1)과 외관(2) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜주면서도 열전도를 최대한 차단할 수 있는 구조를 가져야 한다.

이를 위해 공지의 스패이서(3)는 외관(2)에서 내관(1)이 관통하는 관통공(4)을 내관(1) 보다 약간 크게 가공하여 내관(1)이 헐겁게 삽입되도록 함으로써 접촉에 의한 열전도를 줄이는 방식을 사용하고 있는데, 이로 인해 스패이서(3)와 내관(1) 사이에는 유격이 있고, 극저온에 의한 열 수축을 고려하면 유격은 더욱 커진다. 이러한 유격은 지지 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 내관(1)이 외관(2)을 중심을 벗어나 한쪽으로 치우치는 결과를 초래하므로 치우친 쪽으로 열 침입을 촉진할 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 실제로 극저온 액체가 이송되는 내관과, 내관을 외부에서 둘러싸고 내관과의 사이에 진공층을 형성하는 외관으로 된 진공 이중관 구조의 이송관에서 내관이 외관의 중심으로부터 벗어나지 않도록 지지하면서 열 침입을 최소화할 수 있는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 극저온 액체가 이송되는 내관과, 상기 내관을 외부에서 둘러싸고 상기 내관과의 사이에 진공을 유지하는 외관 사이에 개재되는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서에 있어서, 상기 스패이서는, 외측 둘레에 상기 외관의 내주면에 점 접촉하는 복수개의 외측 접촉점을 구비한 판으로 형성되고, 중심부에 상기 내관이 관통하게 형성된 관통공의 내경에 상기 내관의 외주면과 점 접촉하는 뿔 형태로 돌출된 내측 접촉점을 구비한 형태로 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 외측 접촉점 및 상기 내측 접촉점 각각은 서로 이격되어 3개씩 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 스패이서의 서로 이웃하는 외측 접촉점 사이에서 연장된 변은 상기 관통공을 향해 오목하게 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 내측 접촉점 각각은 서로 이웃하는 외측 접촉점 사이에서 변과 마주보게 배치되어 열전도 경로가 연장되게 구성한다.

본 발명에 의하면, 상기 스패이서의 표면은 파형진 형태로 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 스패이서의 관통공과 외측 접촉점 사이의 표면에는 관통된 홀이 형성된다.

본 발명에 의하면, 실제로 극저온 액체가 이송되는 내관이 외관 내부에서 스패이서 내경의 내측 뿔에 의해 점접촉 지지되므로, 내관이 외관의 중심으로부터 벗어나지 않으면서 안정적으로 지지되는 것이 가능하다. 또한 열수축에 의하여 내관이 수축되더라도 이미 스패이서 내경의 뿔 형태의 세 내측 접촉점에 열수축을 충분히 고려하여 지지된 상황에서 열수축이 되기 때문에 이중관의 중심으로부터 크게 벗어나지 않게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 접촉 물제들 사이에 형성되는 접촉부를 점접촉으로 형성하여 접촉부에서의 열전도 저항을 증가시키고, 스패이서의 면적을 최소화하여 열전도 저항을 증가시키는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 스패이서 내경의 뿔 형태의 내측 접촉점의 위치를 외측 접촉점 사이에서 변과 마주보도록 형성하고, 더욱이 스패이서의 표면을 파형진 형태로 형성함으로써 열전도 경로를 증가시켜 열전도 저항을 증가시켰다.

이로 인해, 외관 외부 상온이 내관의 극저온으로 침입하는 것을 최소화할 수 있다.

따라서 본 발명의 스패이서는, 내관의 열수축에 대한 지지 구조의 안정성과 열침입 최소화를 동시에 달성할 수 있게 한다.

도 1 은 공지의 진공 이중관을 구조를 보여주는 일부 파단 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서의 변형예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서를 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 3 은 본 발명에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서의 변형예를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 극저온 액체가 저장되어 있는 보관 용기(10)와, 극저온 액체를 이송하기 위한 이송용 용기(20) 사이에, 극저온 액체의 이송을 위해, 이송관(30)이 연결된다.

이송관(30)은 실제로 극저온 액체가 이송되는 내관(32)과, 상기 내관(32)을 외부에서 둘러싸고 그 사이에 일정한 간격이 형성된 외관(34)을 포함한 이중관 구조로 형성된다.

내관(32)의 외주와 외관(34)의 내주 사이에는 진공이 형성되어 열전달이 차단할 수 있도록 형성된다.

본 발명에 따른 스패이서(40)는 내관(32)과 외관(34) 사이에 개재된다. 스패이서(40)는 외측 둘레에 꼭지점 형태의 3 개의 외측 접촉점(42)을 가지는 대략 삼각형 형태의 판으로 형성된다. 3개의 외측 접촉점(42)은 외관(34)의 내주면과 스패이서(40) 간의 점 접촉 지지점을 형성한다.

스패이서(40)가 3개의 꼭지점 형태의 외측 접촉점(42)에 의해 외관(34)의 내주면에 접촉 지지된다. 따라서 접촉을 최소화면서 구조적 안정성을 이룬다. 서로 접촉한 물체들 사이의 열전도는 접촉 면적에 의해 영향을 받는데, 외관(34)과 스패이서(40) 간의 지지가 꼭지점 형태의 외측 접촉점(42)에 의한 점 접촉으로 이루어지므로 열전도가 이루어질 수 있는 경로 면적을 최소화하여 열전도를 최소화시키는 것이 가능하게 되는 것이다.

스패이서(40)는 바람직하게는, 서로 이웃하는 2개의 외측 접촉점(42) 사이의 변(44)이 스패이서(40)의 중심부, 즉 관통공(45)을 향해 함몰되어 오목한 호 형태로 형성된다. 이로 인해 스패이서(40)는 3개의 외측 접촉점(42)을 가지면 면적이 최소화될 수 있다.

스패이서(40)는 외관(34)과 내관(32) 사이의 열전달 경로를 이루므로, 스패이서(40)의 면적을 최소화하는 것은 열전도 저항을 증가시키는 것과 관련된다. 스패이서(40)의 면적이 최소화될 수 있는 구조를 제시함으로써 열전도 저항을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

스패이서(40)의 중심부에는 내관(32)이 지나는 관통공(45)이 형성되며, 관통공(45)의 내경에는 내측으로 돌출되는 3개의 뿔 형태의 내측 접촉점(48)이 형성된다. 내측 접촉점(48)은 내관(32)의 외주면과 스패이서(40)가 접촉되는 접촉부를 이룬다. 내관(32)은 스패이서(40)의 중심부 관통공(45) 내로 삽입되어 3개의 내측 접촉점(48)에 의해 지지되면서 통과한다. 따라서 중력, 진동 등에 의해 한 쪽으로 치우치는 것이 방지되면서 외관(34)의 중심부를 따라 연장되는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면 외측 접촉점(42) 및 내측 접촉점(48) 각각은 3개로 형성되는 데, 이는 접촉점을 최소화하면서 일측으로 치우침이 방지될 수 있는 구조적 안정성을 형성하는 데 바람직하기 때문이다.

또한 내측 접촉점(48)은 내관(32)과 스패이서(40) 간의 열전도 경로가 되는데, 내관(32)이 스패이서(40)와의 관계에서 점 접촉에 의해 지지되므로, 열전도 저항 증가의 증가로 열전도를 억제할 수 있다.

또한, 뿔 형태의 내측 접촉점(48)은 열 수축을 고려하여 내관(32)을 지지하는 것이 가능하므로, 열수축에 의하여 내관이 수축되더라도 이중관의 중심으로부터 벗어나지 않게 된다.

본 발명에 의하면, 관통공(45) 내경에 형성된 뿔 형태의 내측 접촉점(48)은 스패이서(40)의 서로 이웃하는 외측 접촉점(42)의 사이에서 변에 마주보는 위치로 배치된다. 예컨대, 외측 접촉점(42)이 120° 회전 간격으로 배치되고 뿔 형태의 내측 접촉점(48)은 서로 이웃하는 외측 접촉점(42)에 대하여 60°의 사이각을 이루며 배치된다.

열전도는 물체 내부를 따라 이루어지는 열전달이므로, 열전도 경로를 늘리는 경우 열저항을 증가시켜 열전도를 억제할 수 있다. 본 발명에 의하면 꼭지점 형태의 외측 접촉점(42)과 뿔 형태의 내측 접촉점(48)이 60°의 사이각을 이루어 내측 접촉점(48)이 변과 마주보게 배치되므로, 외관(34)에서 스패이서(40)의 어느 하나의 외측 접촉점(42)을 통해 유입된 열이 내측 접촉점(48)으로 가는 경로를 가능한 길게 하는 것이 가능하다. 즉, 열전도 경로의 연장으로 인하여 열전도를 추가적으로 억제시킬 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서의 변형예를 도시하고 있다.

도 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 스패이서(40)는 표면이 파형진 형태로 형성된다. 스패이서(40) 표면이 파형진 형태를 가지므로 꼭지점 형태의 외측 접촉점(42)과 뿔 형태의 내측 접촉점(48) 사이의 열전달 경로가 표면이 편평한 형태에 비하여 추가적으로 연장되므로 열전도를 추가적으로 억제한다.

또한 본 발명에 따른 스패이서(40)에 의하면, 관통공(45)과 외측 접촉점(42) 사이의 표면에는 관통된 홀(49)이 추가로 형성될 수 있다. 홀(49)은 스패이서(40)의 면적을 최소화하여 열전도 저항을 증가시키는 기능을 하여 열전도를 억제한다.

또한 홀(49)은 외측 접촉점(42)에서 내측 접촉점(48)으로 열이 전달되는 경로의 측면에서 장애물이 되므로 홀(49) 주변으로 열이 전달되는 경로가 우회되도록 하여 열전달 경로를 증가시키며, 변(44)과 홀(49) 사이의 협소한 공간으로 열이 전달되도록 하여 열전도 저항을 더욱 증가시키게 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명의 범위는 첨부된 도면 및 상술된 실시예에 의한 한정되지 않는다.

10: 보관 용기 20: 이송용 용기
30: 이중관 32: 내관
34: 외관 40: 스패이서
42: 외측 접촉점 44: 변
45: 관통공 48: 내측 접촉점
49: 홀

Claims (6)

1. 극저온 액체가 이송되는 내관과 상기 내관을 외부에서 둘러싸고 상기 내관과의 사이에 진공을 유지하는 외관 사이에 개재되는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서에 있어서,
   상기 스패이서는,
   외측 둘레에 상기 외관의 내주면에 점 접촉하는 복수개의 외측 접촉점을 구비한 판으로 형성되며;
   중심부에 관통공이 형성되되, 상기 관통공의 내경에 상기 내관의 외주면과 점 접촉하는 뿔 형태로 돌출된 내측 접촉점을 구비하여 상기 내관은 상기 내측 접촉점에 의해 점 접촉 지지된 상태로 상기 관통공을 관통하여 지나고, 상기 내측 접촉점 각각은 서로 이웃하는 상기 외측 접촉점 사이에서 변과 마주보게 배치되며;
   상기 스패이서의 표면은 파형진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측 접촉점 및 상기 내측 접촉점 각각은 서로 이격되어 3개씩 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스패이서의 서로 이웃하는 외측 접촉점 사이에서 연장된 변은 상기 관통공을 향해 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스패이서의 상기 관통공과 상기 외측 접촉점 사이의 표면에는 관통된 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 이송용 진공 이중관 스패이서.
   
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