KR101555303B1 - 재응축장치, 그 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법, 그 재응축장치를 가지는 냉각장치, 그 냉각장치를 이용한 냉각방법 - Google Patents

재응축장치, 그 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법, 그 재응축장치를 가지는 냉각장치, 그 냉각장치를 이용한 냉각방법 Download PDF

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Abstract

재응축핀의 온도를 별도의 히터와 콘트롤 유닛을 통하여 조절하지 않고, 냉동기의 냉각블럭의 온도 및 응축냉매의 온도 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 재응축핀을 냉각제가 액화되는 온도로 조절하도록 구성된 재응축장치가 개시된다. 재응축핀은 냉동기의 냉각블럭과 일단이 열적으로 접촉되고 타단이 응축냉매의 표면으로부터 일정 깊이만큼 잠기도록 구성된다.

Description

재응축장치, 그 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법, 그 재응축장치를 가지는 냉각장치, 그 냉각장치를 이용한 냉각방법{RECONDENSER, METHOD OF CONTROLLING TEMPERATURE OF RECONDENSING FIN FOR RECONDENSER, COOLING APPARATUS HAVING RECONDENSER, AND COOLING METHOD USING COOLING APPARATUS}
본 발명은 냉동기를 이용하여 기화된 증발 냉매를 재응축하는 재응축장치에 관한 것이고, 그 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법, 그 재응축 장치를 가지는 냉각장치 및 그 냉각장치를 이용한 냉각방법에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 발전기 또는 초전도 모터와 같이 초전도체를 구비한 전기 장치나 전기 기계에서는 초전도체가 냉각되어야 한다. 이를 위해 초전도체는 통상 액체 네온이나 액체 헬륨과 같은 극저온 유체를 초전도 코일의 주변으로 순환시켜 초전도체를 극저온 상태로 유지시킨다.
이 경우, 냉각 장치는 초전도체 내에 존재하는 증발된 냉각제의 재응축에 이용된다.
냉각 장치는 통상 폐쇄 회로를 포함하며, 폐쇄 회로 내에서 작동매체, 예컨대 헬륨 가스가 압축기에서 압축되고 냉동기에서 다시 팽창되며, 그로 인해 냉동기의 냉각부에서 극저온의 냉각이 이루어진다.
냉각부에서 생성된 극저온의 냉각력은 초전도체 내에 존재하는 냉각제에 전달된다.
종래에는 냉각부 측의 냉각 능력을 높이기 위하여 냉각부 측의 온도를 적정 온도로 유지하도록 구성하였다. 그 결과, 히터, 온도 센서, 콘틀롤러와 같은 특별한 구성 요소가 요구된다.
본 발명의 목적은 재응축기의 재응축핀의 온도를 재응축핀과 열적으로 접속된 냉각블럭 및 응축냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 조절하도록 구성된 재응축장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉각블럭 및 응축냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 재응축장치의 재응축핀의 온도를 조절하는 재응축장치의 재응축핀 온도조절방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉각블럭 및 응축냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 재응축핀의 온도 조절이 이루어지도록 구성된 재응축장치를 가지는 냉각장치 및 그 냉각장치의 냉각방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점을 따르면, 냉동기의 냉각블럭의 하부에 연결된 진공하우징, 상기 진공하우징의 내부에 수용되며 상기 냉각블럭과 열적으로 결합된 재응축핀, 상기 재응축핀을 통해 응축되어 상기 진공하우징 하부에 수용된 응축 냉매를 피냉각체측으로 공급하는 응축냉매공라인 및 상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발 냉매를 상기 진공하우징 내부로 회수하는 증발냉매회수라인을 포함하고, 상기 재응축핀은 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지도록 구성된 재응축장치가 제공된다.
상기 재응축핀은 상기 피냉각체를 냉각시키는 냉각제의 응고점 및 상기 응축 냉매의 온도 사이의 온도 분포를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 재응축핀은 상기 재응축핀의 하단이 상기 진공 하우징의 하부에 수용된 상기 응축냉매의 표면으로부터 일정 깊이만큼 잠기도록 구성될 수 있다.
상기 냉각 블럭은 상기 냉각제의 응고점 아래의 온도를 가지도록 구성될 수 있다.
상기 냉각블럭은 황동 또는 스테인레스 강으로 구성될 수 있다.
상기 응축냉매를 상기 피냉각체측으로 강제 공급하도록 상기 응축냉매공급라인상에 구비된 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 증발냉매회수라인은 일단이 상기 진공하우징의 상부에 연결되어 상기 증발냉매를 상기 재응축핀의 상측으로 가이드하도록 구성될 수 있다.
상기 응축 냉매의 재응축량을 조절하도록 상기 증발 냉매회수라인을 통해 회수되는 상기 증발 냉매의 유량 및 상기 진공 하우징 하부에 수용되는 상기 응축 냉매의 수위조절이 가능토록 구성될 수 있다.
상기 재응축핀의 길이는 상기 냉각제의 종류, 상기 증발냉매회수라인을 통해 회수되는 상기 증발냉매의 압력, 상기 증발냉매의 온도를 고려하여 설계될 수 있다.
상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 갖는 고정자를 포함할 있다.
상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 갖는 회전자를 포함할 수 있다.
상기 피냉각체는 냉각용기 내의 냉매액에 침지된 초전도 코일을 포함할 수 있다.
상기 응축 냉매 공급라인은 상기 진공 하우징 하부 및 상기 회전자의 몸체 내부와 연통되도록 배치되고, 상기 증발 냉매회수라인은 상기 회전자의 상기 몸체 내부 및 상기 진공하우징 상부와 연통되도록 배치될 수 있다.
상기 응축 냉매 공급라인은 상기 진공 하우징 및 상기 냉각용기에 연결되고, 상기 증발 냉매 회수라인은 상기 진공 하우징의 상부 및 상기 냉각용기에 수용된 냉매액 표면 위의 상기 냉각용기 상부에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 관점을 따르면, 피냉각체측으로부터 회수되는 증발 냉매를 재응축핀을 통하여 재응축하여 응축 냉매를 생성하는 재응축핀의 온도조절방법에 있어서, 상기 재응축핀을 매개로 상기 재응축핀과 열적으로 결합된 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 상기 재응축핀을 상기 증발 냉매가 액화되는 온도를 가지도록 조절하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법이 제공된다.
상기 재응축핀은 상기 증발 냉매의 응고점 및 상기 응축 냉매의 온도 사이의 온도분포를 가질 수 있다.
상기 재응축핀의 상단을 상기 냉각 블럭과 접촉시키고, 상기 재응축핀의 하단을 진공하우징의 하부에 수용된 상기 응축 냉매의 표면으로부터 일정 깊이 잠기도록 배치할 수 있다.
상기 냉각 블럭은 상기 냉각제의 응고점 아래의 온도를 가질 수 있다.
상기 냉각블럭은 황동, 또는 스테인레스 강으로 제작될 수 있다.
상기 증발 냉매는 증발 냉매회수라인을 통해 상기 재응축핀의 상단으로 공급될 수 있다.
상기 증발 냉매회수라인을 통해 공급되는 상기 증발 냉매의 유량 및 상기 진공하우징의 하부에 수용되는 상기 응축 냉매의 수위조절을 통해 상기 응축 냉매의 재응축량을 조절할 수 있다.
상기 재응축핀의 길이는 상기 증발 냉매회수라인을 통해 공급되는 증발 냉매의 온도, 압력 또는 상기 작동 냉매의 종류에 따라 가변 적용할 수 있다.
상기 응축 냉매는 응축 냉매공급라인 상에 구비된 펌프에 의해 상기 피냉각체측으로 강제 공급될 수 있다.
상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 가지는 고정자를 포함할 수 있다.
상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 가지는 회전자를 포함할 수 있다.
상기 피냉각체는 냉각용기 내에 수용된 냉매액 내에 침지되는 초전도 코일을 가지는 초전도체를 포함할 수 있다.
상기 응축냉매를 수용하는 진공하우징 하부 및 상기 회전자의 몸체 내부와 연통되도록 응축냉매공급라인이 배치되고, 상기 회전자의 상기 몸체 내부 및 상기 진공하우징의 상부와 연통되도록 상기 증발냉매공급라인이 배치될 수 있다.
상기 진공하우징 및 상기 냉각용기의 사이에 상기 응측냉매공급라인이 배치되고, 상기 진공하우징 상부 및 상기 냉매액 표면 위의 상기 냉각용기 상부에 증발냉매회수라인이 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점을 따르면, 초전도 코일을 가지는 피냉각체에 직접 또는 간접적으로 설치되고 상기 피냉각체를 냉동시키는 냉각력을 제공하는 냉동기, 상기 냉동기에 고압의 냉매가스를 공급함과 동시에 저압의 냉매가스가 상기 냉동기로부터 회수되도록 연결관을 매개로 상기 냉동기와 연결된 압축기, 및 상기 냉동기의 냉각 블럭을 통하여 상기 냉동기와 열적으로 접속되어 상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발 냉매를 재응축하는 재응축핀을 포함하며, 상기 재응축핀은 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지도록 구성된 냉각장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점을 따르면, 냉동기에 연결관을 매개로 압축기를 접속하여 상기 냉동기에 고압의 냉매가스를 공급함과 동시에 저압의 냉매가스를 상기 냉동기로부터 회수하고, 초전도 코일을 가지는 피냉각체에 상기 냉동기를 직접 또는 간접적으로 설치하여 상기 피냉각체를 냉각하고, 상기 냉동기의 냉각블럭에 재응축핀을 열적으로 접속하여 상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발냉매를 재응축하며, 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 상기 재응축핀을 냉각제가 액화되는 온도로 조절하는 냉각장치의 냉각방법이 제공된다.
본 발명을 따르면, 냉각제를 응축하는 재응축핀의 상단을 냉각제의 응고점을 가지는 냉각 블럭에 접속하고 재응축핀의 하단을 재응축핀을 통해 응축되어 진공하우징 하부에 수용된 응축냉매에 일정 깊이로 잠기게 하여 냉각블럭 및 응축냉매 사이의 온도 평형이 재응축핀을 통해서 이루어지도록 한다.
이와 같은 구성을 통하여 재응축핀을 냉각제를 액화시키는 온도로 유지시키기 위해서 외부 장치, 즉 전기히터, 온도센서 및 콘트롤러와 같은 별도의 장치를 생략할 수 있으며, 그 결과 냉각장치를 단순하게 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 재응축장치를 가지는 냉각장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치가 초전도 회전기기의 회전자에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치가 초전도 회전기기의 고정자에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치가 자기공명이미지 장치에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 냉각 장치의 폐쇄 회로를 따라 흐르는 냉매를 "작동매체"라 칭하고, 피냉각체를 냉각시키기 위하여 순환하는 냉매를 "냉각제"라 칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 재응축장치를 가지는 냉각장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 냉각장치(1)는 냉동기(3), 압축기(5) 및 재응축장치(10)를 포함한다.
냉동기(3)는 피냉각체(100)와 직접 또는 간접적으로 접속되어 피냉각체(100)를 냉각시키기 위한 극저온을 발생시킨다. 냉동기(3)는 지포드 맥마혼 타입(Gifford-McMahon), 스털링(Stirling) 타입 및 펄스 튜브(Pulse Tube) 타입이 채용될 수 있다.
압축기(5)는 냉동기(3)에 고압의 냉매가스를 공급함과 동시에 저압의 냉매가스가 냉동기(3)로부터 회수되도록 연결관(8)을 매개로 냉동기(3)와 연결된다.
냉각장치(1)는 압축기(5) 및 냉동기(3)를 포함하는 폐쇄 회로를 가진다, 폐쇄 회로 내에서 작동매체가 압축기(5)에서 압축되고, 냉동기(3)에서 다시 팽창되며, 그로 인해 냉동기(3)의 냉각부에서 극저온의 냉각이 이루어진다.
작동매체는 예컨대 헬륨 가스를 포함할 수 있다.
재응축장치(10)는 진공하우징(11), 재응축핀(13), 응축냉매공급라인(15) 및 증발냉매회수라인(17)을 포함한다.
진공하우징(11)은 냉동기(3)의 저온부에 구비된 냉각블럭(3a)의 하부에 연결된다.
재응축핀(13)은 진공하우징(11)의 내부에 수용되며 냉각블럭(3a)과 열적으로 결합된다.
응축냉매공급라인(15)은 재응축핀(13)을 통해 응축되어 진공하우징(11) 하부에 수용된 응축냉매(L)를 피냉각체(100)측으로 공급하도록 진공하우징(11)의 하부 및 피냉각체측(100)과 연결된다.
응축냉매공급라인(15)에는 진공하우징(11)에 수용된 응축냉매(L)를 피냉각체(100)측으로 강제 공급할 수 있도록 펌프(19)가 구비될 수 있다.
증발냉매회수라인(17)은 피냉각체(100)를 냉각시키고 기화된 증발 냉매(V)를 상기 진공하우징(11) 내부로 회수하도록 피냉각체(100)측 및 진공하우징(11)과 연결된다.
응축냉매공급라인(15), 증발냉매회수라인(17) 및 진공하우징(11)은 피냉각체(100)의 내부 또는 피냉각체(100)의 주위에 존재하는 냉각제 유로를 포함하여 냉각제가 순환하는 폐쇄 회로를 이룬다. 피냉각체(100)측을 냉각시키는 냉각제는 예컨대, 헬륨, 네온, 질소, 또는 그들의 적어도 하나를 포함하는 혼합물일 수 있다.
재응축핀(13)은 재응축핀(13)을 매개로 냉각블럭(3a) 및 진공하우징(11) 내에 수용된 응축냉매(L) 사이의 열평형이 이루어지도록 구성된다. 즉, 재응축핀(13)의 상단이 냉각블럭(3a)에 열적으로 접속되고 재응축핀(13)의 하단이 응축냉매(L)의 표면으로부터 일정 길이(H)만큼 잠기도록 구성된다.
이와 같은 구성을 통하여, 재응축핀(13)은 냉각제의 응고점 및 응축 냉매(L)의 온도 사이의 온도분포를 갖는다.
냉동기(3)는 냉각블럭(3a)이 냉각제의 응고점 아래의 온도로 냉각이 이루어지도록 작동됨이 바람직하다.
냉각블럭(3a)은 증발냉매회수라인(17)을 통해 회수되는 증발냉매의 압력, 온도 등을 고려하여 열전도도가 지나치게 높지 않은 금속 재질, 예컨대, 황동, 스테레인레스 등으로 이루어짐이 바람직하다.
증발냉매회수라인(17)은 진공하우징(11)의 상부에 연결되어 피냉각체(100)의 열을 흡수하여 기화된 증발냉매가 재응축핀(13)의 상측으로 공급되도록 함이 바람직하다.
재응축핀(13)은 그 상단이 냉각제의 응고점 아래의 온도로 냉각되는 냉각블럭(3a)에 접속되고, 재응축핀(13)의 하단이 응축냉매(L)에 잠기도록 구성됨에 따라 재응축핀(13)의 상단으로부터 일정 거리 아래에 위치하는 부분에서 냉각블럭(3a) 및 응축냉매(L) 사이의 온도가 같아져 더 이상 열의 이동이 이루어지지 않는 열평형 형성부분을 가지게 된다.
이와 같은 재응축핀(13)에 의하여 증발냉매회수라인(17)을 통해 냉각블럭(3a)과 인접한 재응축핀(13)의 상측으로 피냉각체(100)를 냉각시키고 기화된 증발냉매가 공급되고, 증발냉매는 재응축핀(13)의 표면의 일부(P)에서 응고된다. 여기서, 일부는 재응축핀(13)의 상단으로부터 열평형이 이루어지는 지점 까지의 부분을 의미한다.
증발냉매의 공급량이 늘어나면, 재응축핀(13) 표면에서 응고된 냉각제가 녹아 재응축핀(13)의 표면을 타고 흘러내리고, 다시 증발냉매의 공급량이 줄어들면 재응축핀(13)의 표면에 응고된 양이 증가하여 온도 평형을 이룬다.
이와 같은 원리에 의해 재응축핀(13)을 냉각제가 액화되는 온도로 조절함에 있어서, 재응축핀(13)의 길이가 중요한 인자가 될 수 있다. 재응축핀(13)의 길이는 증발냉매회수라인(17)을 통해 회수되는 증발냉매의 압력, 온도 또는 냉각제의 종류에 의하여 다양하게 설계 변경될 수 있다.
재응축핀(13)을 통해 재응축되는 재응축량은 증발냉매회수라인(17)을 통해 공급되는 증발냉매의 유량 및 진공하우징(11)의 하부에 수용되는 응축냉매(L)의 수위 조절에 의해 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이 재응축핀(13)은 피냉각체(100)의 열을 흡수하여 기화된 증발 냉매가 액화할 수 있는 액화 온도 범위를 유지할 수 있게 된다. 따라서, 외부 온도 조절 장치인 히터, 온도 센서, 컨트롤러 등을 채용하지 않고도 재응축핀(13)을 적정의 액화 온도 범위로 조정가능케 된다.
피냉각체(100)는 그 내부에 냉각제가 흐르는 유로를 포함하도록 예컨대, 초전도 코일을 가지는 초전도 회전기기의 고정자, 초전도 코일을 가지는 초전도 회전기기의 회전자가 될 수 있다. 또한, 피냉각체(100)는 냉매액이 수용된 냉각용기 내에 침지된 초전도 코일을 가지는 초전도체가 될 수 있다.
냉각장치(1)는 상술한 바와 같이 피냉각체(100)의 내부 또는 그 주위를 흐르는 냉각제에 냉각력을 공급하도록 구성될 수 있다.
다르게는 냉각제를 이용하지 않고 피냉각체(100)에 열적으로 직접 또는 간접적으로 접속되어 피냉각체를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면 냉각블럭(3a)을 피냉각체(100)에 직접 열적으로 연결하거나 별도의 열전도부재를 매개로 피냉각체(100)에 간접적으로 열적 연결되도록 할 수 있다.
이하에서, 냉각장치(1)의 구성은 상술한 구성과 실질적으로 동일하다. 따라서 위에 기술된 구성요소와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며, 중복된 설명은 생략하고, 피냉각체를 중심으로 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치를 갖는 초전도 회전기기를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 초전도 회전기기(30)는 외부 하우징(31), 외부 하우징(31)에 설치된 고정자 코일(33) 및 외부 하우징(33)의 내부에 위치하며 고정자 코일(33)로 둘러싸인 회전자(110)를 포함한다.
회전자(110)가 상술한 냉각장치(1)의 피냉각체(100)에 대응한다.
회전자(110)는 베어링(35)에 의해 회전축(A)을 중심으로 외부 하우징(31)에 회전가능하게 지지되는 진공 하우징(111) 및 초전도 코일(113)을 가지며 진공 하우징(111)의 내부에서 예컨대, 중공의 원통형 토크 전달 지지부재(115)로 지지되는 코일 지지부(117)를 포함한다.
코일 지지부(117)는 회전축(A)과 동심으로 배치되고 회전축(A) 방향을 따라 신장하는 중앙 캐비티(118)를 포함한다. 캐비티(118)는 원통형을 가질 수 있다. 캐비티(118)는 코일 지지부(117)에 의해 진공상태를 유지한다. 회전자(110) 일측은 회전축(119)에 의하여 외부 하우징(31)에 지지된다.
회전자(110)의 외측에는 예컨대 수 미터를 두고 냉각장치(1)가 배치될 수 있다.
냉각 장치(1)의 응축냉매공급라인(15)은 진공하우징(11)의 하부와 캐비티(118)에 연통되도록 배치되고, 증발냉매회수라인(17)은 진공하우징(11)의 상부와 캐비티(118)와 연통되도록 배치된다.
응축냉매공급라인(15) 및 증발냉매회수라인(17)을 통해 이어진 회전자(110)의 캐비티(118)와 냉각장치(1)의 진공하우징(11)과 함께 폐쇄된 냉각제 순환 회로를 이룬다.
이러한 냉각제 순환 회로 내에 냉각제가 위치한다. 여기서 재응축핀(13)을 통해 응축되어 진공하우징(11)내에 수용된 냉각제인 응축냉매(L)는 응축냉매공급라인(15)을 통해 캐비티(118)내로 안내되며, 캐비티(118) 내에서 응축냉매는 초전도체의 열을 흡수하여 기화된다.
기화된 냉각제인 증발냉매(V)는 다시 증발냉매공급라인(17)을 통해 진공하우징(11)의 상부로 유입된다. 유입된 증발냉매는 냉각제의 응고점 이하의 온도를 가지는 냉각블럭(3a)에 의해 응고된다. 이때 증발냉매의 공급 유량이 늘어나면 응고된 냉각제는 재응축핀(13)의 표면을 타고 흘러 내려 다시 응축된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치가 초전도 회전기기의 고정자에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 피냉각체(100)가 초전도 회전기기(30)의 고정자(130)이고, 나머지 구성은 도 2의 구성과 동일하다. 도 2의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며 중복된 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 고정자(130)는 초전도 고정자 코일(131)과 초전도 고정자 코일(131)을 지지하는 고정자코일지지부(133)를 포함한다.
고정자코일지지부(133)의 내부에는 내부에 응축냉매 및 기화된 증발 냉매가 순환하는 냉각제유로(133a)가 형성된다.
응축냉매공급라인(15) 및 증발냉매회수라인(17)을 통해 이어진 고정자(130)의 냉각제유로(133a)와 진공하우징(11)과 함께 폐쇄된 냉각제 순환 회로를 이룬다.
이러한 냉각제 순환 회로 내에 냉각제가 위치한다. 여기서 재응축핀(13)을 통해 응축되어 진공하우징(11)내에 수용된 냉각제인 응축냉매(L)는 응축냉매공급라인(15)을 통해 냉각제유로(133a) 내로 안내되며, 냉각제유로(133a) 내에서 응축냉매는 초전도체의 열을 흡수하여 기화된다.
기화된 냉각제인 증발냉매(V)는 다시 증발냉매공급라인(17)을 통해 진공하우징(11)의 상부로 유입된다. 유입된 증발냉매는 냉각제의 응고점 이하의 온도를 가지는 냉각블럭(3a)에 의해 응고된다. 이때 증발냉매의 공급 유량이 늘어나면 응고된 냉각제는 재응축핀(13)의 표면을 타고 흘러 내려 다시 응축된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 냉각장치가 자기공명이미지 장치에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 자기 공명 이미징 장치(50)는 터널형의 검사 공간을 가진 환상의 진공용기(51), 진공용기(51) 내부에 수용되고 냉매액(C), 예컨대 액체질소를 포함하는 환상의 냉각용기(53), 냉각용기(53) 내의 냉매액(C)에 침지되고 초전도 코일(151)을 가지는 초전도체(151) 및 냉각용기(53)의 액체 질소가 기화된 증발가스를 액화하는 냉각장치(1)를 포함한다.
응축냉매공급라인(15)의 일단은 냉각용기(53)와 연결되고 응축냉매공급라인(15)의 타단은 진공용기(11)의 하부에 연결된다.
증발냉매회수라인(17)의 일단은 냉각용기(53)와 연결되고, 증발냉매회수라인(17)의 타단은 진공하우징(11)의 상부에 연결된다. 여기서 냉각용기(53)에 연결되는 증발냉매회수라인(17)의 일단은 냉매액(C)의 표면(S) 위쪽의 냉각용기(53) 상부에 연결됨이 바람직하다.
냉각용기(53) 내에 충전되는 냉매액(C)은 냉각용기(53)의 하부 반쪽 부분 전체에 충전됨과 동시에 상부 반쪽 부분에는 냉각용기(53)의 상부로부터 일정 거리 만큼 상부 공간을 가지도록 충전된다.
폐쇄된 냉각용기(53)의 수용실이 증발냉매회수라인(17), 응축냉매공급라인(15)을 통해 진공하우징(11)과 이어져 폐쇄된 냉각제 순환회로를 이룬다.
재응축핀(13)을 통해 응축되어 진공하우징(11) 내에 수용된 냉각제인 응축냉매(L)는 응축냉매공급라인(15)을 통해 냉각용기(53) 내로 안내되고, 초전도 코일(151)의 열을 흡수하면서 냉각 작용을 행하는 동안 냉각용기(53) 냉의 냉매액(C)이 기화되어 증발된 증발냉매는 증발냉매회수라인(17)을 통해 진공하우징(11)의 상부로 유입된다.
유입된 증발냉매는 냉각제의 응고점 이하의 온도를 가지는 냉각블럭(3a)에 의해 응고된다. 이때 증발냉매의 공급 유량이 늘어나면 응고된 냉각제는 재응축핀(13)의 표면을 타고 흘러 내려 다시 응축된다.
냉각장치(1)는 상술한 자기 공명 이미징 장치(50)에 한정된 것은 아니며, 그 내부에 냉매액을 수용하고, 냉매액 내에 피냉각체를 침지하는 모든 구성에 적용가능하다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술하는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1: 냉각장치 3: 냉동기
3a: 냉각블럭 5: 압축기
11: 진공용기 13: 재응축핀
15: 응축냉매공급라인 17: 증발냉매회수라인
30: 초전도회전기기 50: 자기 공명 이미징 장치
53: 냉각용기 C: 냉매액
100: 피냉각체 110: 회전자
113: 회전자 초전도 코일 118: 캐비티
130: 고정자 131; 고정자 초전도 코일
133: 고정자 코일 지지부 133a: 냉각제유로

Claims (30)

  1. 냉동기의 냉각블럭의 하부에 연결된 진공하우징;
    상기 진공하우징의 내부에 수용되며 상기 냉각블럭과 열적으로 결합된 재응축핀;
    상기 재응축핀을 통해 응축되어 상기 진공하우징 하부에 수용된 응축 냉매를 피냉각체측으로 공급하는 응축냉매공급라인; 및
    상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발 냉매를 상기 진공하우징 내부로 회수하는 증발냉매회수라인;
    을 포함하고,
    상기 재응축핀은 상기 진공하우징 하부에 수용된 상기 응축 냉매를 상기 냉각블럭과 열적으로 접속하여 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지도록 구성된 재응축장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재응축핀은 상기 피냉각체를 냉각시키는 냉각제의 응고점 및 상기 응축 냉매의 온도 사이의 온도 분포를 갖도록 구성된 재응축장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재응축핀은 상기 재응축핀의 하단이 상기 진공 하우징의 하부에 수용된 상기 응축냉매의 표면으로부터 일정 깊이만큼 잠기도록 구성된 재응축장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 블럭은 상기 냉각제의 응고점 아래의 온도를 가지도록 구성된 재응축장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각블럭은 황동 또는 스테인레스 강으로 구성된 재응축장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 응축냉매를 상기 피냉각체측으로 강제 공급하도록 상기 응축냉매공급라인상에 구비된 펌프를 더 포함하는 재응축장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 증발냉매회수라인은 일단이 상기 진공하우징의 상부에 연결되어 상기 증발냉매를 상기 재응축핀의 상측으로 가이드하도록 구성된 재응축장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 응축 냉매의 재응축량을 조절하도록 상기 증발 냉매회수라인을 통해 회수되는 상기 증발 냉매의 유량 및 상기 진공 하우징 하부에 수용되는 상기 응축 냉매의 수위조절이 가능토록 구성된 재응축장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 재응축핀의 길이는 상기 냉각제의 종류, 상기 증발냉매회수라인을 통해 회수되는 상기 증발냉매의 압력, 상기 증발냉매의 온도를 고려하여 설계된 재응축장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 갖는 고정자를 포함하는 재응축장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 갖는 회전자를 포함하는 재응축장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피냉각체는 냉각용기 내의 냉매액에 침지된 초전도 코일을 포함하는 재응축장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 응축 냉매 공급라인은 상기 진공 하우징 하부 및 상기 회전자의 몸체 내부와 연통되도록 배치되고,
    상기 증발 냉매회수라인은 상기 회전자의 상기 몸체 내부 및 상기 진공하우징 상부와 연통되도록 배치된 재응축장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 응축 냉매 공급라인은 상기 진공 하우징 및 상기 냉각용기에 연결되고,
    상기 증발 냉매 회수라인은 상기 진공 하우징의 상부 및 상기 냉각용기에 수용된 냉매액 표면 위의 상기 냉각용기 상부에 연결된 재응축장치.
  15. 피냉각체측으로부터 회수되는 증발 냉매를 재응축핀을 통하여 재응축하여 응축 냉매를 생성하는 재응축핀의 온도조절방법에 있어서,
    상기 재응축핀을 통하여 생성된 상기 응축 냉매와 냉각 블럭을 열적으로 접속하도록 상기 재응축핀을 구성하고, 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 상기 재응축핀을 상기 증발 냉매가 액화되는 온도를 가지도록 조절하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 재응축핀은 상기 증발냉매의 응고점 및 상기 응축냉매의 온도 사이의 온도분포를 가지는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 재응축핀의 상단을 상기 냉각블럭과 접촉시키고, 상기 재응축핀의 하단을 진공하우징의 하부에 수용된 상기 응축 냉매의 표면으로부터 일정 깊이만큼 잠기도록 배치하는 재응축핀의 온도조절방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 냉각 블럭은 작동 냉매의 응고점 아래의 온도를 가지는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 냉각블럭은 황동, 또는 스테인레스 강으로 제작되는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 증발 냉매는 증발냉매회수라인을 통해 상기 재응축핀의 상단으로 공급되는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 증발냉매회수라인을 통해 공급되는 상기 증발 냉매의 유량 및 상기 진공하우징의 하부에 수용되는 상기 응축 냉매의 수위조절을 통해 상기 응축 냉매의 재응축량을 조절하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 재응축핀의 길이는 상기 증발냉매회수라인을 통해 공급되는 증발 냉매의 온도, 압력 또는 상기 작동 냉매의 종류에 따라 가변 적용하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 응축 냉매는 응축냉매공급라인 상에 구비된 펌프에 의해 상기 피냉각체측으로 강제공급되는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 가지는 고정자를 포함하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 피냉각체는 초전도 회전기기의 초전도 코일을 가지는 회전자를 포함하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 피냉각체는 냉각용기 내에 수용된 냉매액 내에 침지되는 초전도 코일을 가지는 초전도체를 포함하는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 응축냉매를 수용하는 진공하우징 하부 및 상기 회전자의 몸체 내부와 연통되도록 응축냉매공급라인이 배치되고,
    상기 회전자의 상기 몸체 내부 및 상기 진공하우징의 상부와 연통되도록 증발냉매공급라인이 배치되는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 진공하우징 및 상기 냉각용기의 사이에 상기 응측냉매공급라인이 배치되고,
    상기 진공하우징 상부 및 상기 냉매액 표면 위의 상기 냉각용기 상부에 증발냉매회수라인이 배치되는 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법.
  29. 초전도 코일을 가지는 피냉각체에 직접 또는 간접적으로 설치되고 상기 피냉각체를 냉동시키는 냉각력을 제공하는 냉동기;
    상기 냉동기에 고압의 냉매가스를 공급함과 동시에 저압의 냉매가스가 상기 냉동기로부터 회수되도록 연결관을 매개로 상기 냉동기와 연결된 압축기; 및
    상기 냉동기의 냉각 블럭을 통하여 상기 냉동기와 열적으로 접속되어 상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발 냉매를 재응축하는 재응축핀;
    을 포함하며,
    상기 재응축핀은 상기 재응축핀을 통하여 생성된 상기 응축 냉매를 상기 냉각 블럭에 열적 접속시켜 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각 블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지도록 구성된 냉각장치.
  30. 냉동기에 연결관을 매개로 압축기를 접속하여 상기 냉동기에 고압의 냉매가스를 공급함과 동시에 저압의 냉매가스를 상기 냉동기로부터 회수하고;
    초전도 코일을 가지는 피냉각체에 상기 냉동기를 직접 또는 간접적으로 설치하여 상기 피냉각체를 냉각하고;
    상기 냉동기의 냉각블럭에 재응축핀을 열적으로 접속하여 상기 피냉각체를 냉각시키고 기화된 증발냉매를 재응축하고;
    상기 재응축핀을 통하여 생성된 상기 응축 냉매는 상기 재응축핀을 통하여 상기 냉각 블럭에 열적 접속되어, 상기 재응축핀을 매개로 상기 냉각블럭 및 상기 응축 냉매 사이의 열평형이 이루어지는 것을 이용하여 상기 재응축핀을 냉각제가 액화되는 온도로 조절하는 냉각장치의 냉각방법.
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