KR101513182B1 - 능동 형상기억형 j-t 소형 냉각기 - Google Patents
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Abstract
능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기는 고압가스가 유입되는 유입구와 상기 고압가스가 배출되는 배출구가 형성되는 챔버, 파이프 형태로 상기 챔버의 외측에 나선형으로 구비되며 상기 유입구와 연결되어 고압가스가 챔버로 주입되 열교환부, 상기 챔버의 내측에 위치하여 상기 고압가스의 온도에 따라 수축 또는 팽창하는 주름관 및 상기 주름관에 결합되어 상기 주름관의 수축 또는 팽창에 따라 상기 배출구의 개도를 조절하는 유량조절핀을 포함한다.
Description
본 발명은 능동 형상기억형 냉각기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주름관이 팽창 또는 수축함에따라 유량조절핀이 이동하며 배출구의 개도를 조절하는 능동형상기억형 냉각기에 관한 것이다.
적외선 센서에서 사용되는 적외선 검출기의 냉각에는 줄-톰슨 냉각기가 적용될 수 있다.
센서는 적외선 검출기를 수용하는 카메라 하우징을 포함한다. 카메라 하우징 내에 장착된 렌즈 시스템은 적외선 방사를 적외선 검출기에 집중시킨다. 적외선 검출기는 일반적으로 검출기 소자의 초점면 배열을 포함한다. 특정한 응용예로서, 수은-카드뮴-텔루르(Hg-Cd-Te) 방식의 다이오드 소자가 검출기 소자로서 기능할 수 있다. 이 물질은 장파 적외선 영역(8 - 12 ㎛) 및 중파 적외선 영역(3 - 5 ㎛)에 특별히 적합하다. 제대로 된 기능을 보장하기 위해서, 검출기 배열은 동작 중에 80 켈빈(Kelvin)의 온도까지 냉각된다.
한편, 압축한 기체를 단열된 좁은 통로를 통해서 빠져나가게 하면 빠져나가기 전후의 기체의 엔탈피는 같게 된다. 이 과정에서 온도변화는 생기지 않지만, 실제 기체의 경우는 분자간 상호작용이 있기 때문에 온도변화가 생긴다. 이 현상을 줄-톰슨효과라고 한다. 이때 기체의 온도가 높을 때와 낮을 때의 압력변화에 따른 온도변화의 방향이 달라진다.
일반적으로 상온에서 수소는 온도가 올라가지만 다른 기체는 냉각된다. 그 정도는 분출 전후의 압력차를 1기압으로 했을 때, 산소는 약 0.32℃ 공기는 0.26℃인데, 압력차이에 비례하여 그 정도가 커진다. 이들 기체를 강하게 압축하여 분출시키면 온도가 극적으로 내려가서 액화할 수 있다. 액체공기는 이 원리를 기초로 하여 대략 150기압으로 압축한 공기를 반복하여 가는 구멍으로부터 분출시켜 만든다. 온도의 증가·감소는 일반적으로 그 기체의 온도에 따라 결정되며, 어느 온도 이하에서는 냉각되고, 그 이상에서는 올라간다. 이 경계에 있는 점을 역점온도(逆點溫度)라 한다. 예를 들면 수소도 -80℃ 이하의 온도에서는 분출에 의하여 냉각된다.
이 효과는 헬륨 등 기체 냉각이나 액화, 에어컨이나 냉장고 등 냉매의 냉각에 널리 사용되고 있다. 최근에는 소형 줄-톰슨 냉각장치들이 개발되어 고압 실린더의 기체를 직접 사용하고, 유리판에 구멍을 내거나 가는 관을 통해 공기 중으로 기체(주로 질소)를 배출시키는 방법으로 80K 정도의 저온을 쉽게 얻고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 고압가스의 온도에 따라 유량을 조절할 수 있는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 제공하고자 한다.
둘째, 본 발명은 주름관이 변형된 형상을 유지할 수 있는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 제공하고자 한다.
셋째, 본 발명은 적은 양의 고압가스로 유량을 조절할 수 있는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 제공하고자 한다.
냇째, 본 발명은 고압가스의 분사 방향의 정확도를 향상시킬 수 있는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기는 챔버, 열교환부, 주름관 및 유량조절핀을 포함할 수 있다.
상기 챔버는 고압가스가 유입되는 유입구와 상기 고압가스가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
상기 열교환부는 파이프 형태로 상기 챔버의 외측에 나선형으로 구비되며, 상기 유입구와 연결되어 고압가스가 챔버로 주입될 수 있다.
상기 주름관은 상기 챔버의 내측에 위치하여 상기 고압가스의 온도에 따라 수축 또는 팽창할 수 있다.
상기 유량조절편은 상기 주름관에 결합되어 상기 주름관의 수축 또는 팽창에 따라 상기 배출구의 개도를 조절할 수 있다.
상기 주름관은 수직 방향으로 수축 또는 팽창할 수 있다.
또한, 상기 주름관은 저온에서 팽창하고 상온에서 수축할 수 있다.
이를 위하여, 상기 주름관의 재질로는 구리가 적용되며, 상기 주름관은 팔라듐으로 1차 도금되고, 니켈로 2차 도금되며, 금으로 3차 도금될 수 있다.
상기 주름관의 상호 인접한 주름의 간격은 모두 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름관의 주름의 형상은 모두 다르게 형성될 수 있다.
한편, 상기 유량조절핀은 배출구와 맞닿는 하단부의 일면이 경사면을 형성하며, 상기 배출구는 상기 유량조절핀의 하단부와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 유량조절핀에는 상기 경사면으로부터 이와 대향되는 면까지 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 경사면에서 이와 대향되는 면으로 갈수록 상부로 경사지게 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기에 의하면 주름관이 고압가스의 온도에 따라 팽창 또는 수축하여 유량조절핀을 이동시킴으로써 고압가스의 배출 유량이 조절될 수 있다.
둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기에 의하면 주름관의 주름 형상 및 상호 인접한 주름 간의 간격이 서로 상이하게 형성되어 적은 양의 고압가스로 주름관을 팽창시킬 수 있다. 또한, 변형된 주름관은 형상을 소정의 시간동안 지속할 수 있다.
셋째, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기에 의하면 유량조절핀이 이동 시에도 일면이 상시 배출구의 내면과 맞닿아 보다 안정적으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 고압가스의 분사 방향의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기 중 유량조절핀을 나타내는 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기가 초고온용기 및 세라믹판을 더 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기 중 유량조절핀을 나타내는 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기가 초고온용기 및 세라믹판을 더 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
적외선 센서에서 사용되는 적외선 검출기의 냉각에는 줄-톰슨 냉각기가 적용될 수 있다. 센서는 적외선 검출기를 수용하는 카메라 하우징을 포함한다. 카메라 하우징 내에 장착된 렌즈 시스템은 적외선 방사를 적외선 검출기에 집중시킨다. 적외선 검출기는 일반적으로 검출기 소자의 초점면 배열을 포함한다 특정한 응용 예로서, 수은-카드뮴-텔루르(Hg-Cd-Te) 방식의 다이오드 소자가 검출기 소자로서 기능할 수 있다. 이 물질은 장파 적외선 영역(8 - 12 ㎛) 및 중파 적외선 영역(3 - 5 ㎛)에 특별히 적합하다. 제대로 된 기능을 보장하기 위해서, 검출기 배열은 동작 중에 80 켈빈(Kelvin)의 온도까지 냉각된다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기가 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기를 도시한 도면이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기는 챔버(100), 열교환부(200), 주름관(300) 및 유량조절핀(400)을 포함한다.
챔버(100)에는 고압가스가 유입되는 유입구(110)와 상기 고압가스가 배출되는 배출구(120)가 형성된다.
열교환부(200)는 파이프 형태로 챔버(100)의 외측에 나선형으로 구비되며, 유입구(110)와 연결되어 고압가스아 열교환부(200)를 통해 챔버(100)로 주입될 수 있다.
주름관(300)은 상기 챔버(100)의 내측에 위치하여 상기 고압가스의 온도에 따라 수축 또는 팽창한다. 고압가스는 주름관(300)의 외측에 위치하며, 주름관(300)은 고압가스의 온도에 따라 주름(310)간의 간격이 좁아지거나 넓어지면서 수직 방향으로 수축 또는 팽창할 수 있다.
유량조절핀(400)은 상기 주름관(300)에 결합되어 상기 주름관(300)의 수축 또는 팽창에 따라 상기 배출구(120)의 개도를 조절한다. 유량조절핀(400)의 형상은 자세히 후술하도록 한다.
즉, 유량조절핀(400)은 주름관(300)이 수축하면 주름관(300)이 수축되는 방향으로 아동하여 배출구(120)의 개도를 좁히고, 주름관(300)이 팽창하면 유량조절핀(400)도 함께 주름관(300)이 팽창하는 방향으로 이동하여 배출구(120)의 개도를 넓힐 수 있다.
주름관(300)은 저온에서 팽창하고 상온에서 수축할 수 있다. 이를 위하여, 주름관(300)의 재질로는 구리가 적용될 수 있다. 그리고, 주름관(300)은 팔라듐으로 1차 도금되고, 니켈로 2차 도금되며, 금으로 3차 도금될 수 있다.
주름관(300)은 상기 금속들의 특성에 의해 온도가 낮아질수록 팽창하며, 온도가 높아질수록 수축하는 특성을 가질 수 있다. 그리고, 상기 금속들로 도금된 주름관(300)은 주름관(300) 주변에 유입된 고압가스의 저온에 의해 형상을 유지할 수 있다.
또한, 주름관(300)은 이음새가 없이 하나의 금속으로 압축성형을 통해 형성될 수 있다. 유량조절부품인 주름관(300)은 형상, 길이 및 크기 등에 따라 냉각 성능 및 유지 능력의 편차가 크고, 주름관(300)의 주름(310) 사이 부분이 깨지기 쉽다. 또한, 주름관(300)이 복수 개의 금속편을 이어 붙여 제작되면 이음 편차 때문에 냉각 효율의 심각한 저하가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 주름관(300)이 하나의 금속으로 이음새 없이 형성됨으로 인하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 주름관(300)의 상호 인접한 주름(310)의 간격은 모두 다르게 형성될 수 있다. 또한, 주름관(300)의 주름(310)의 형상은 모두 다르게 형성될 수 있다.
만약, 주름관(300)의 주름(310) 형상 및 상호 인접한 주름(310) 간의 간격이 모두 동일하면 이를 팽창시키기 위하여 많은 양의 고압가스가 필요하기 때문이다.
그러나, 상술한 바와 같이 주름관(300)의 주름(310) 형상 및 상호 인접한 주름(310) 간의 간격이 모두 다르게 형성되면 주름관(300)의 주름(310)이 서로 다른 온도 특성을 가질 수 있게 되어 적은 양의 고압가스로도 주름관(300)을 팽창시킬 수 있으며, 특히 초기에 적은 양의 고압가스로도 주름관(300)의 팽창이 시작되어 유량조절핀(400)을 이동시킬 수 있다. 또한, 팽창된 형상을 유지하기도 용이한 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기 중 유량조절핀을 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 유량조절핀의 우측면도, (b)는 유량조절핀의 정면도, (c)는 유량조절핀의 배면도이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 유량조절핀(400)은 배출구(120)와 맞닿는 부분이 일면은 경사지게 형성되고, 이와 마주보는 면은 주름관(300)이 팽창 또는 수축하는 방향과 평행하게 형성될 수 있다. 그리고, 배출구(120)의 형상은 유량조절핀(400)의 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유량조절핀(400)의 형상은 정면에서 보았을 때 하부로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다. 그리고, 측면에서 보았을 때에는 일면이 경사면으로 형성되고, 이와 반대편에 위치한 면은 수직으로 형성될 수 있다.
이로써, 주름관(300)이 팽창하여 유량조절핀(400)이 상부로 이동할 때 유량조절핀(400)의 경사진 면은 배출구(120)의 내면과 이격되지만, 이와 반대면은 배출구(120)의 내면과 맞닿아 유량조절핀(400)의 수평방향 이동을 구속할 수 있다. 즉, 유량조절핀(400)은 수직방향 이동은 가능하지만 수평방향 이동은 제한될 수 있다. 따라서, 고압가스는 배출구(120)의 내면과 유량조절핀(400)의 경사면이 서로 이격된 공간을 통해 사선 방향으로 분사될 수 있다. 이로써, 유량조절핀(400)의 절단, 윔 등을 최소화할 수 있으며, 고압가스의 분사 방향의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 유량조절핀(400)에는 경사면으로부터 이와 대향되는 면까지 관통하는 관통홀(410)이 형성될 수 있다. 이로써, 배출구(120)의 내면과 유량조절핀(400)의 경사면이 서로 이격된 공간을 통해 배출되는 고압가스가 관통홀(410)을 통하여 분사될 수 있다.
관통홀(410)은 수평 방향이 아닌, 경사면에서 반대측 면으로 갈수록 상부로 경사진 방향으로 형성될 수 있다. 이로써, 관통홀(410)이 수평으로 형성되는 경우보다 유량조절핀(400)이 조금만 상부로 이동하여도 고압가스가 관통홀(410)을 통하여 분사될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기가 초고온용기 및 세라믹판을 더 포함하는 것을 나타내는 도면이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기는 챔버(100) 및 열교환부(200)를 외측에서 감싸도록 구비되는 초고온용기(500)를 더 포함할 수 있다. 초고온용기(500)는 상부가 개구되어 있으며, 세라믹판(600)이 상기의 개구된 부분을 덮도록 구비될 수 있다. 세라믹판(600)의 윗면에는 적외선 검출기가 놓일 수 있다.
이로써, 배출구(120)를 통해 배출된 고압가스는 세라믹판(600)을 냉각시키고, 이에 따라 세라믹판(600) 위에 놓여진 적외선 검출기가 냉각될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 챔버 110: 유입구
120: 배출구 200: 열교환부
300: 주름관 310: 주름
400: 유량조절핀 410: 관통홀
500: 초고온용기 600: 세라믹판
120: 배출구 200: 열교환부
300: 주름관 310: 주름
400: 유량조절핀 410: 관통홀
500: 초고온용기 600: 세라믹판
Claims (9)
- 고압가스가 유입되는 유입구와 상기 고압가스가 배출되는 배출구가 형성되는 챔버;
파이프 형태로 상기 챔버의 외측에 나선형으로 구비되며, 상기 유입구와 연결되어 고압가스가 챔버로 주입되는 열교환부;
상기 챔버의 내측에 위치하여 상기 고압가스의 온도에 따라 수축 또는 팽창하는 주름관;
상기 주름관에 결합되어 상기 주름관의 수축 또는 팽창에 따라 상기 배출구의 개도를 조절하는 유량조절핀;
을 포함하는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 1항에 있어서,
상기 주름관은,
수직 방향으로 수축 또는 팽창하는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 1항에 있어서,
상기 주름관은,
저온에서 팽창하고 상온에서 수축하는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 3항에 있어서,
상기 주름관의 재질로는 구리가 적용되며,
상기 주름관은 팔라듐으로 1차 도금되고, 니켈로 2차 도금되며, 금으로 3차 도금되는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 1항에 있어서,
상기 주름관의 상호 인접한 주름의 간격이 모두 다르게 형성되는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 1항에 있어서,
상기 주름관의 주름의 형상은 모두 다르게 형성되는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 1항에 있어서,
상기 유량조절핀은,
배출구와 맞닿는 하단부의 일면이 경사면을 형성하며,
상기 배출구는 상기 유량조절핀의 하단부와 대응되는 형상을 갖는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 7항에 있어서,
상기 유량조절핀에는,
상기 경사면으로부터 이와 대향되는 면까지 관통홀이 형성되는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기. - 제 8항에 있어서,
상기 관통홀은,
상기 경사면에서 이와 대향되는 면으로 갈수록 상부로 경사지게 형성되는 능동 형상기억형 J-T 소형 냉각기.
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