KR101672255B1 - 열 진공 챔버 - Google Patents

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KR101672255B1
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복민갑
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Abstract

본 발명은 시험물의 인입 또는 인출을 위한 개구부가 전면과 배면에 각각 형성된 원통형태의 하우징; 상기 하우징 내부에 인입되는 슈라우드; 상기 하우징의 전면과 배면 각각에 구비되어 상기 개구부가 개폐되도록 설치되는 도어; 상기 하우징의 측면에 구비되어 하우징 내부와 외부에 배치되는 장치를 서로 전기적으로 연결하는 피드스루; 및 상기 하우징의 하측에 구비되어 지면으로부터 지지하는 프레임;을 포함하여 구성되되, 상기 하우징과 슈라우드는 그 사이에 구비된 한 쌍의 연결부재에 의햐여 결합되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

열 진공 챔버{THERMAL VACUUM CHAMBER}
본 발명은 우주환경모사시험을 위한 열 진공 챔버에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 하우징 내부에 슈라우드가 구비된 2중 챔버 구조로, 상기 챔버 내부의 열적 기밀성을 높여 외부로부터 열의 침입을 최소화함으로써, 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 있으며, 하우징과 슈라우드의 접촉에 따른 열 이동에 의한 열의 손실을 최소화할 수 있는 열 진공 챔버에 관한 것이다.
열 진공 챔버는 인공위성의 각종 부품이 우주환경 또는 극한 환경에 대한 적정성을 시험하기 위한 장치로, 챔버 내의 진공 유지를 기본으로 하며, 고온 및 극저온 환경의 연출을 위하여 일정시간동안 승온 및 강온에 대한 온도제어 성능이 요구된다.
이에, 열 진공 챔버는 고압과 고온 및 극저온에 견딜 수 있는 금속 재질로 이루어지며, 그 내부가 밀폐되어 고진공 상태의 연출이 가능한 구조로 이루어지고, 액화질소(LN2) 등과 같은 극저온 냉매의 유입을 통해 극저온 환경을 유지시켜주며, 내부에 설치된 히터의 동작에 의해 고온으로 온도를 변화시킬 수 있도록 이루어진다.
즉 챔버 내의 진공 상태와 고온 및 극저온 환경에서 위성체의 부품 등을 노출시킴으로써, 우주 환경과 유사한 챔버 내의 환경에서 상기 부품들의 수명을 점검할 수 있도록 하는 것이 열 진공 챔버이다.
상세하게는, 우주환경 또는 극한 환경 시험을 위한 환경요건으로 고진공 및 온도를 용이하게 변화시킬 수 있는 환경이 요구된다.
한편, 종래 진공 챔버의 구조를 살펴보면, 진공 챔버 내부에 배치되는 위성체의 부품 등과 열 교환을 이루는 슈라우드(shroud)와 같은 열 교환기가 구비되는데, 이러한 슈라우드는 진공 챔버의 내부에 챔버와 단열된 구조형태로 구비되며, 그 내부에 위성체의 부품 등과 같은 실험물이 배치된다.
이와 같이, 슈라우드 내에 배치된 실험물에 온도를 직접접으로 가하여 빠른 시간 내에 고온 환경을 연출하고, 고온 환경에서 실험물에 발생될 수 있는 문제점을 관측할 수 있도록 한다.
그러나 종래 진공 챔버에서는 슈라우드 내부에 배치된 실험물에 온전히 열이 가해져야만 열손실을 줄이고, 실험 데이터의 정확성 또한 향상되는데, 진공 챔버와 슈라우드 간의 연결구조로 인하여 슈라우도 내부의 열이 상기 연결구조를 통해 챔버로 전달되고, 이에 외부로 방출되어 많은 열손실이 발생되는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0341006호(2002.06.04.)
본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 하우징 내부에 슈라우드가 구비된 2중 챔버 구조에서, 하우징의 개구부가 개폐되도록 하는 도어에 슈라우드 측으로 탄성지지하는 밀착판이 구비되어, 상기 챔버 내부의 열적 기밀성을 높여 외부로부터 열의 침입을 최소화함으로써, 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 있는 열 진공 챔버를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 하우징과 슈라우드가 상호 이격되도록 구비되되, 상기 하우징과 슈라우드 사이에 단열이 우수한 한 쌍의 연결부재가 구비됨으로써, 하우징과 슈라우드의 접촉에 따른 열 이동에 의한 열의 손실을 최소화할 수 있는 열 진공 챔버를 제공하는 데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열 진공 챔버는 시험물의 인입 또는 인출을 위한 개구부가 전면과 배면에 각각 형성된 원통형태의 하우징; 하우징 내부에 인입되는 슈라우드; 하우징의 전면과 배면 각각에 구비되어 개구부가 개폐되도록 설치되는 도어; 하우징의 측면에 구비되어 하우징 내부와 외부에 배치되는 장치를 서로 전기적으로 연결하는 피드스루; 및 하우징의 하측에 구비되어 지면으로부터 지지하는 프레임;을 포함하여 구성되되, 하우징과 슈라우드는 그 사이에 구비된 한 쌍의 연결부재에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 열 진공 챔버를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은 하우징 내부에 슈라우드가 구비된 2중 챔버 구조에서, 하우징의 개구부가 개폐되도록 하는 도어에 슈라우드 측으로 탄성지지하는 밀착판이 구비되어, 상기 챔버 내부의 열적 기밀성을 높여 외부로부터 열의 침입을 최소화함으로써, 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
또한 하우징과 슈라우드가 상호 이격되도록 구비되되, 상기 하우징과 슈라우드 사이에 단열이 우수한 한 쌍의 연결부재가 구비됨으로써, 하우징과 슈라우드의 접촉에 따른 열 이동에 의한 열의 손실을 최소화할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 하우징과 슈라우드의 결합된 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드가 슬라이드 이동되는 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 연결부재의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 지지부재 및 냉각라인을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 히터부재의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 히터부재의 반사판이 회동되는 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드에 열전도소재가 구비된 예를 나타낸 정면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드에 열전도소재가 구비된 예를 나타낸 측면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드에 보강부재가 구비된 예를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 프레임을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 열 진공 챔버는 하우징 내부에 슈라우드가 구비된 2중 챔버 구조로, 상기 챔버 내부의 진공 상태 유지를 위한 기밀성을 향상시키고, 하우징과 슈라우드의 접촉에 따른 열 이동에 의한 열의 손실을 최소화할 수 있으며, 슈라우드에 구비되는 지지부재와 냉각라인의의 접촉면적을 향상시켜 열평형에 빠르게 도덜할 수 있도록 하는 열 진공 챔버에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열 진공 챔버에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 열 진공 챔버의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 따른 열 진공 챔버는 하우징(100), 슈라우드(200), 도어(300), 피드스루(400) 및 프레임(500)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
하우징(100)은 그 내부가 비어있는 원통형으로 이루어지며, 시험물의 인입 또는 인출을 위한 개구부(101)가 전면과 배면에 각각 형성되는 것으로, 냉매 유입부(110), 냉매 배출부(120) 및 진공 제어부(130)를 포함하여 구성된다.
이때, 하우징(100)의 전면과 배면에 각각 개구부(101)가 형성되어 열 진공 챔버의 사용이 전면과 배면 양쪽 모두에서 가능하도록 함으로써, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
설계조건에 따라, 하우징(100) 내부에 온도 센서(도면에 미표시)가 구비될 수 있다.
바람직하게 온도 센서는 -243℃ ~ 600℃까지 측정이 가능하며, 온도 센서로서 높은 반복성과 일정한 감도를 제공하는 백금 저항온도계로 이루어질 수 있다.
냉매 유입부(110)는 하우징(100)의 상측에 구비되며, 액화질소 등과 같은 냉매가 저장된 용기와 연결된다.
즉 상기 용기로부터 냉매가 냉매 유입부(110)를 통해 하우징(100)으로 유입되도록 하며, 밸브가 구비되어, 냉매 유입부(110)를 통한 냉매의 유입을 조절할 수 있다.
냉매 배출부(120)는 하우징(100)의 상측에 구비되며, 하우징(100)에서 사용이 완료된 냉매가 외부로 배출되도록 하는 기능을 수행한다.
설계조건에 따라, 냉매 유입부(110) 및 냉매 배출부(120)에는 안전변과 압력계가 구비될 수 있다.
이에, 액화질소의 배관 계통에 있어 안정성을 향상시킬 수 있다.
진공 제어부(130)는 하우징(100)의 하측에 구비되며, 하우징(100) 내부의 대기를 흡입하여 진공상태가 되도록 하는 것으로, 저진공 펌프인 로터리 펌프(131), 고진공 펌프인 TMP(Turbo Molecular Pump)(132) 및 진공 게이지(133)를 포함하여 구성된다.
이러한 진공 제어부(130)는 로터리 펌프(131)와 TMP(132)가 구비되는 것은, 한 종류의 펌프만을 가지고는 UHV(초고압, Ultra High Voltage)를 얻기 힘들기 때문이다.
즉 하우징(100) 내부를 저진공 상태를 만들어주는 1차 펌프인 로터리 펌프(131)와 저지공 상태를 고진공 상태로 만들어주는 2차 펌프인 TMP(132)가 혼합되어 사용됨으로써, 효율적인 UVH를 얻을 수 있다.
로터리 펌프(131)는 저진공 상태를 만들어주기 위한 펌프 중 하나로, 압력 범위는 750 ~ 10-3 torr를 가지며, 그 내부에 구비된 회전자가 내벽을 따라 회전하면서 그 압출 작용에 의해 액체나 기체를 밀어내는 원리로 이루어진다.
이러한 로터리 펌프(131)는 회전자의 회전에 따라 액체나 기체를 빼내는 형식이기 때문에 발생될 수 있는 소음 및 마찰을 줄이기 위해 윤활유가 필요한 시스템이다. 이에, 도 3에 도시된 바와 같이, OMT(Oil Mist Trap)가 함께 구비될 수 있다.
여기에서, OMT는 그 내부에 두개의 필터로 이루어져 로터리 펌프(131) 가동시 배기가스와 함께 나오는 오일안개를 필터를 통해 걸러주기 위해 사용되고, 필터를 통해 걸러진 오일은 MIST는 방울로 형성된 후 트랩의 바닥에 고이게 되며, 이렇게 모인 오일은 로터리 펌프(131) 미가동시 배기압에 의해 별도의 오일 체크 밸브가 열리게 되면 배기구를 통해 로터리 펌프(131)로 회수되는 구조이다. 이러한 과정에서 오일이 소모되고, 오일이 줄어들면 OMT를 통해 오일을 교체하여 줌으로써, 로터리 펌프(131)의 원활한 작동을 기대할 수 있다.
TMP(Turbo molecular Pump/터보분자펌프)(132)는 고진공 상태를 만들어주기 위한 펌프 중 하나로, 압력 범위는 10-3 ~ 10-8 torr를 가지며, 로터의 고속회전을 이용하여 하우징(100) 내부의 가스를 배기시키는 기능을 수행한다.
이때, TMP(132)의 속도는 챔버의 내부 용적, 즉 크기에 따라 달라지도록 구비되며, 5축 자기 부상식 터보 펌프의 기능을 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
이에, 하우징(100) 내부가 압렵 범위 10-6 torr의 고진공 상태를 효율적으로 얻을 수 있다.
여기에서, TMP(132)는 하우징(100)의 하측에 직접연결되도록 구비될 수 있다.
즉 고진공 상태에서는 저진공 상태보다 하우징(100) 내부에 존재하는 기체의 양이 변하게 되는데, 저지공 상태에서는 기체가 많아 충돌횟수가 많은 반면, 고진공 상태에서는 기체가 줄어 충돌횟수가 비교적 줄어들게 된다. 이에, 충돌횟수의 감소로 인한 기체가 자유롭게 운동할 수 있는 범위가 커지는 만큼 기체가 충돌할 때까지 이동하는 거리인 평균자유행로(Mean free path)가 길어지게 된다.
따라서 고진공 상태에서는 평균자유행로(Mean free path)가 길어지기 때문에 TMP(132)가 동작을 할 때에는 가급적 길고 가는 통로(튜브(tube) 또는 배관 등)의 사용을 자제해야 하며, 나아가, 통로에 형성되는 밴드(bend)의 사용 또한 최소화함으로써, 효율적인 UHV를 얻을 수 있다.
진공 게이지(133)는 하우징(100) 내부의 압력을 측정하는 것으로, 대기압보다 낮은 기체의 압력, 즉 진공 상태의 압력을 측정하는데 이용된다.
이때, 도면에 도시하지 않았으나 진공 제어부(130)에는 냉각 기능을 수행하는 별도의 냉각 장치가 더 구비될 수 있다.
이러한 냉각 장치는 하우징(100) 내부의 온도가 고온으로 변화함에 따라 진공 게이지(133) 등에 발생될 수 있는 열손상을 최소화할 수 있다.
이때, 진공 제어부(130)는 후술되는 프레임(500)과 일체형으로 이루어질 수 있다.
즉 진공 제어부(130)에 구비되는 배관들은 후술되는 프레임(500)의 공간(510)에 인입되어 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 하우징과 슈라우드의 결합된 예를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드가 슬라이드 이동되는 예를 나타낸 사시도이다.
슈라우드(200)는 하우징(100) 내부에 인입되며, 하우징(100)으로 삽입된 실험물이 수용될 수 있도록 일정 역역이 형성되고, 수용된 실험물을 대상으로 진공 상태와 고온 및 극저온 환경을 제공할 수 있도록 하는 것으로, 지지부재(220), 냉각라인(230), 가이드링(240) 및 히터부재(250)를 포함하여 구성된다.
이러한 슈라우드(200)는 외주면에 열차단 효과가 우수한 MLI(Multi Layer Insulartion) 시트가 부착될 수 있으며, 이에, 외부에서 들어오는 열을 막아 외부로의 단열 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 슈라우드(200)는 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 슈라우드(200) 외주면을 따라 링 형태의 파이프(201)가 상기 슈라우드(200)의 길이방향으로 다 수개 구비될 수 있다.
파이프(201)는 하우징(100) 상측에 구비되는 냉매 유입부(110)와 연결되어 상기 냉매 유입부(110)로부터 유입되는 액화질소 등과 같은 냉매가 슈라우드(200) 외주면에 구비된 파이프(201)를 통해 냉각이 빠르게 이루어지도록 함으로써, 열전도율을 향상시킬 수 있다.
설계조건에 따라, 슈라우드(200)는 내부와 외부를 관통하는 다수 개의 통공이 형성될 수 있다.
이에, 하우징(100)의 하측에 구비되는 진공 제어부(130)를 통해 하측으로 기체를 배출시키는 과정에서, 슈라우드(200) 내부의 기체가 하측 방향으로만 배출되면 기체의 일방향 이동에 따른 진동이 발생되는데, 상기 통공에 의해 기체가 배출되는 경로를 다양하게 설정하여, 진공 제어부(130)를 통한 흡입력을 분산시킴으로써, 발생되는 진동을 감쇄시킬 수 있다.
한편, 종래에는 하우징과 상기 하우징 내부에 인입된 슈라우드를 연결하기 위하여, 하우징의 바닥면에 별도의 매체를 두어, 상기 매체 위에 슈라우드를 얹는 형태의 챔버가 제공된다.
그러나 이러한 챔버 구조는 슈라우드에서 발생되는 열이 슈라우드 내부에 수용된 시험물에도 전달되지만, 매체를 통해 하우징으로 전달됨으로써, 열손실이 큰 문제점이 있다.
이에, 본 발명에 따른 열 진공 챔버는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 슈라우드(200)의 외주면 양측 각각에 결합된 연결부재(210)가 하우징(100)의 내주면에 결합됨으로써, 하우징(100)의 바닥으로부터 슈라우드(200)가 상측으로 이격된 채 결합된다.
연결부재(210)는 도 5를 참조하여 설명하면, 하우징(100)의 내주면 좌,우측에 각각 구비되는 레일부재(211)와 슈라우드(200)의 외주면 좌,우측에 각각 구비되는 롤러부재(212)를 포함하여 구성되되, 상기 롤러부재(212)가 레일부재(211)에 끼워지는 구성으로, 하우징(100)으로부터 슈라우드(200)가 슬라이드 이동되어 상기 하우징(100) 내부로 인입되거나 인출되도록 한다.
레일부재(211)는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 하우징(100)의 내주면 좌,우측 각각에 구비되며, 전체적인 박스 형태로 이루어지되, 한 쌍의 레일부재(211)가 상호 마주보는 측면과 전면이 개구된 형태로 이루어진다.
롤러부재(212)는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 슈라우드(200)의 외주면 좌,우측 각각에 구비되며, 회전 가능한 다수 개의 롤러부재(212)가 슈라우드(200)의 좌,우측으로 각각 돌출된 형태로 이루어진다.
이에, 슈라우드(200)가 하우징(100) 내부로 인입되는 경우, 다수의 롤러부재(212)가 레일부재(211)의 전면측 개구된 공간을 인입되고, 상기 슈라우드(200)를 배면측으로 밀면 롤러부재(212)가 회전되면서 레일부재(211)에 안내되어 슈라우드(200)가 하우징(100) 내부로 완전히 인입된다.
반대로, 슈라우드(200)를 전면측으로 당기면, 롤러부재(212)의 구름운동에 의해 레일부재(211)를 따라 슈라우드(200)가 하우징(100)으로부터 용이하게 배출된다.
설계조건에 따라, 레일부재(211)는 바닥면에 다수 개의 롤러부재(212)가 일부 삽입되는 레일홈(211a)이 형성될 수 있다.
이를, 도 6을 참조하여 상세히 설명하면, 레일부재(211)의 바닥면에는 롤러부재(212)에 대응되는 하측으로 파여진 형태의 레일홈(211a)이 형성되어, 슈라우드(200)가 하우징(100) 내부로 인입되었을 때, 다수 개의 롤러부재(212) 각각의 일부분이 레일홈(211a)으로 삽입됨으로써, 원하지 않는 롤러부재(212)의 구름운동에 의해 슈라우드(200)가 슬라이드 이동되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이러한 레일홈(211a)은 도 7에 도시된 바와 같이, 그 단면이 상측으로 개구되고, 레일부재(211)가 유입되는 전면측은 경사진 '
Figure 112016054776101-pat00001
' 형태로 이루어질 수 있다.
이에, 하우징(100) 내부에 슈라우드(200)가 인입되는 경우, 롤러부재(212)는 전면측에 형성된 경사진 면에 의해 상기 레일홈(211a)으로 자연스럽게 유도되고, 슈라우드(200)가 인출되는 경우, 경사진 면을 따라 롤러부재(212)가 구름운동을 함으로써, 용이하게 슈라우드(200)가 인출될 수 있다.
이때, 레일부재(211)에 형성된 다수 개의 레일홈(211a)과 롤러부재(212)는 배면측으로 갈수록 점점 커지도록 구성될 수 있다.
이에, 슈라우드(200)가 하우징(100) 내부로 인입되는 경우, 처음으로 다수 개의 레일홈(211a) 중 전면측에 형성된 레일홈(211a)과 다수 개의 롤러부재(212) 중 배면측에 형성된 롤러부재(212)가 접촉되는데, 이때, 레일홈(211a) 중 크기가 작은 레일홈(211a)에 다수 개의 롤러부재(212) 중 크기가 큰 롤러부재(212)가 삽입되지 않고 통과하여, 다수 개의 레일홈(211a) 중 배면측에 형성된 레일홈(211a)까지 이동된후 삽입됨으로써, 슈라우드(200)의 슬라이딩이 유연하게 동작되도록 할 수 있다.
설계조건에 따라, 연결부재(210)는 단열성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
바람직하게는 NEMA(the National Electrical Manufacturers Association(전미전기제품제조자협회)) 등급으로 구분되는 에폭시 계열의 G10의 재질로 이루어질 수 있다.
여기에서, G10은 에폭시수지를 입힌 유리섬유 직물을 적층(laminating)하여 성형한 제품을 의미하는 것으로, 열적성질 및 절연성이 좋으며, 강도 또한 우수하다.
이에 따라, 하우징(100) 내벽과 슈라우드(200) 외벽간의 열이 전달되는 매체의 크기를 최소화하고, 단열성이 우수한 연결부재(210) 만으로 연결되도록 함으로써, 슈라우드(200) 내의 열손실을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 지지부재 및 냉각라인을 나타낸 사시도이다.
지지부재(220)는 슈라우드(200) 내부에 구비되어 상기 슈라우드(200) 바닥면의 상측으로 이격되며, 양 끝단이 내주면 일부분에 접촉되도록 구비되는 것으로, 슈라우드(200) 내로 삽입된 실험물이 상측면에 놓여지게 된다.
이러한 지지부재(220)는 구리 재질로 이루어져 열전도율을 향상시킬 수 있다.
이때, 지지부재(220)는 도 7을 참조하여 설명하면, 전면과 배면 각각의 모서리 부분이 일부 절단되어 단턱(221)이 형성된 십자가 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 십자가 형태로 이루어진 지지부재(220)는 슈라우드(200)의 내주면 일부분에 양 끝단이 접촉된 상태로 지지되는데, 상기 지지부재(220)가 슈라우드(200) 내부에 위치하면 지지부재(220)의 모서리 부분에 형성된 단턱(221)이 후술되는 가이드링(240)에 걸림됨으로써, 후술되는 도어(300)가 열리더라도 슈라우드(200)로부터 지지부재(220)가 이탈되는 것이 방지된다.
반대로, 지지부재(220)를 이탈시키기 위해서는 상기 지지부재(220)를 상측으로 들어올리면, 후술되는 가이드링(240)으로부터 지지부재(220)의 단턱(221)이 이탈되어 지지부재(220)를 용이하게 이탈시킬 수 있는 상태가 된다.
설계조건에 따라, 지지부재(220)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상측과 하측을 관통하는 다수 개의 관통공(도면부호 미표시)이 형성될 수 있다.
이에, 하우징(100) 하측에 구비되는 진공 제어부(130)에서 로터리 펌프(131)와 TMP(132) 동작시 하측으로 기체를 빨아드리려는 성질에 의해 슈라우드(200) 내부의 기체는 상기 관통공을 통해 하측으로 배출되는 동시에, 지지부재(220)의 상측에 놓여진 실험물은 로터리 펌프(131)와 TMP(132)에 의한 펌핑에 영향을 받지 않도록 지지부재(220)의 상측에 안정되게 지지된다.
냉각라인(230)은 지지부재(220)의 하측에 결합되며, 도 7에 도시된 바와 같이, 'S'자 형태가 반복되는 형태로 이루어져, 지지부재(220)와 접촉면적을 증가시키도록 구비되고, 일측과 타측 각각은 슈라우드(200) 외측에 구비되는 파이프(201)와 연결되어, 냉매 유입부(110)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 냉매가 파이프(201)를 거쳐 냉각라인(230)을 통해 순환되면서 실험물이 놓여지는 지지부재(220)를 직접 냉각시켜 효율적인 열전달이 이루어지도록 한다.
즉 파이프(201)를 통해 슈라우드(200)를 감싸도록 흐르는 냉매가 냉각라인(230)을 통해 지지부재(220)에도 흐르도록 하여 열전도 냉각이 빠르도록 해주며, 후술되는 히터부재(250)를 통해 가열시에도 열전달효과를 높여줄 수 있다.
이때, 지지부재(220)와 냉각라인(230)은 상호 접촉되도록 구비되는 것이 바람직하다. 이에, 지지부재(220)와 냉매가 흐르는 냉각라인(230)의 접촉 면적이 향상되어 실험물이 놓여지는 지지부재(220)와 슈라우드(200)와의 열적평형도를 향상시킬 수 있다.
설계조건에 따라, 냉각라인(230)은 일측은 냉매 유입부(110)와 연결되고, 타측은 파이프(201)와 연결되어, 냉매 유입부(110)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 냉매가 냉각라인(230) 일측을 통해 상기 냉각라인(230)을 통과하면서 실험물이 놓여지는 지지부재(220)를 직접 냉각시킨 후, 파이프(201)를 통해 배기되도록 구성될 수 있다.
이에, 냉매 유입부(110)와 냉각라인(230)이 직접 연결됨으로써, 실험물이 놓이지는 지지부재(220)에 냉매가 먼저 도달하도록 하여 냉각 효과를 최대화할 수 있다.
가이드링(240)은 슈라우드(200)의 전면과 배면 각각에 내주면을 따라 형성되는 것으로, 후술되는 히터부재(250)가 끼워져 결합되는 다수 개의 결합홈(241)이 형성된다.
이러한 결합홈(241)은 도 4를 참조하여 상세히 설명하면, 가이드링(240)의 하측에는 지지부재(220)와 지지부재(220)가 구비됨에 따라, 상기 지지부재(220) 및 지지부재(220)와의 간섭을 최소화하고자 하측에는 형성되지 않고, 상기 지지부재(220)와 지지부재(220)의 상측으로 가이드링(240)을 따라 형성될 수 있다.
설계조건에 따라, 결합홈(241)은 12개 형성될 수 있으며, 이러한 결합홈(241)에 12개의 히터부재(250)가 각각 끼워져 결합될 수 있다.
이에, 슈라우드(200)의 길이방향으로 12개의 히터부재(250)가 배열되되, 지지부재(220) 상측으로 12개의 히터부재(250)가 슈라우드(200) 내주면을 따라 방사형태로 배열됨으로써, 지지부재(220)의 상측에 놓여진 실험물에 집중적으로 열을 전달할 수 있어, 진공내에서 승온을 용이하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 히터부재의 사시도이다.
히터부재(250)는 슈라우드(200)의 전면과 배면에 각각 구비되는 한 쌍의 가이드링(240) 중 하나의 가이드링(240)에 형성된 결합홈(241)과 이에 대응되는 다른 하나의 가이드링(240)에 형성된 결합홈(241)에 양 끝단이 끼워져 결합되며, 히터가 구비되어 지지부재(220) 상측에 놓여진 실험물에 열을 조사하고, 슈라우드(200) 내부가 고온의 환경을 유지하도록 하는 것으로, 히터케이스(251) 및 반사판(252)을 포함하여 구성된다.
히터케이스(251)는 히터가 구비되어 지지되는 것으로, 가이드링(240)의 결합홈(241)에 끼워져 고정된다.
이러한 히터케이스(251)는 일측이 개구된 박스 형태로 이루어질 수 있으며, 그 내부에 히터가 삽입되어 고정되고, 개구된 부분을 통해 히터의 열을 슈라우드(200) 내부로 방출한다.
여기에서, 히터는 IR히터로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 정격 전압이 220V를 가지며, 소비 전력은 1.5Kw인 것으로 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 히터부재의 반사판이 회동되는 예를 나타낸 도면이다.
반사판(252)은 히터케이스(251)의 양측에 각각 구비되어, 히터로부터 발생되는 열이 지지부재(220)의 상측에 놓여진 실험물에 직접적으로 가해지도록 유도하는 기능을 하는 것으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 회동 가능하도록 구비될 수 있다.
설계조건에 따라, 반사판(252)은 도 9를 참조하여 설명하면, 히터케이스(251)의 양측에 각각 구비되는 한 쌍의 반사판(252) 하측에 상호 맞물리는 기어부(253)가 형성될 수 있다.
이러한 기어부(253)의 맞물림에 의해 한 쌍의 반사판(252) 중 하나의 반사판(252)을 회동시키면, 다른 하나의 반사판(252)이 반대방향으로 회동됨으로써, 히터케이스(251)로부터 발생되는 열이 한 쌍의 반사판(252)에 의해 동일한 각으로 배출되도록 할 수 있다.
한편, 실험물이 놓여지는 지지부재(220)는 슈라우드(200) 내주면 양측 일부분에 양 끝단이 각가 접촉되어 구비됨으로써, 지지부재(220)의 하측면과 슈라우드(200)의 바닥면 사이는 이격되도록 구비된다.
이때, 지지부재(220)의 하측면과 슈라우드(200)의 바닥면 사이에는 열전도율이 뛰어난 열전도소재(260)가 더 구비될 수 있다.
상세하게는, 첨부된 도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 열전도소재(260)는 원기둥 형태로 이루어지되, 도 11에 도시된 바와 같이, 슈라우드(200)의 길이방향으로 다수 개 구비될 수 있다.
상세하게는, 도 10에 도시된 바와 같이, 그 단면이 좌,우측을 긴 형태의 타원형으로 이루어질 수 있다.
이에, 슈라우드(200) 바닥면과 열전도소재(260)의 접촉면적이 증대되어, 하측에서 상측으로 이동되려는 고온의 열 성질에 의해 상기 슈라우드(200)의 바닥측으로 전달되는 열이 상기 슈라우드(200) 바닥면과 접촉되도록 구비된 열전도소재(260)를 통해 상측으로 전달되도록 함으로써, 열전도소재(260)의 상측에 구비된 지지부재(220)에 놓여진 실험물에 보다 용이하게 열전달이 이루어지도록 하여 높은 열전도 특성을 확보할 수 있다.
설계조건에 따라, 열전도소재(260)는 열전도 특성이 높은 구리 재질로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 열이 가해지면 부피가 증가하고, 열이 식으면 부피가 감소하는 특성과 탄성계수가 작아서 발생되는 문제점을 해소하기 위하여, 구리 재질의 얇은 시트를 여러겹 겹쳐서 이루어짐으로써, 우수한 탄성력을 확보할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 슈라우드에 보강부재가 구비된 예를 나타낸 사시도이다.
설계조건에 따라, 슈라우드(200)의 외주면에는 슈라우드(200) 외주면을 감싸는 링 형태 및 슈라우드(200)의 길이방향으로 긴 형태의 보강부재(270)가 구비될 수 있다.
여기에서, 상기 링 형태의 보강부재(270)는 슈라우드(200)의 길이방향으로 다수 개 구비되고, 긴 형태의 보강부재(270)는 슈라우드(200)의 중심축을 기준으로 방사형태로 다수 개 구비될 수 있다.
이때, 보강부재(270)의 두께는 최대한 얇은 두께를 갖도록 이루질 수 있으며, 연결부재(210)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 보강부재(270)는 슈라우드(200)의 겉면에 부착되어 뼈대 기능을 수행하는 것으로, 하우징(100) 내부의 급격한 열 변화에 의해 슈라우드(200)가 뒤틀거나 변형되는 것을 방지하여, 슈라우드(200)의 사용수명을 최대화할 수 있다.
한편, 종래의 진공 챔버에 구비되는 도어는 챔버 내부를 밀폐하고자 하는 경우, 도어를 챔버에 접촉되도록 하고, 핸들과 같은 다수 개의 잠금장치를 각각 회동시켜 도어에 구비되는 걸림부 또는 걸림홈에 걸리게 한 후, 잠금장치를 돌리는 조작을 통해 도어가 챔버 측으로 가압되면서 챔버 내부가 밀폐되도록 구성된다.
그러나 종래 도어는 도어의 외측면이 챔버를 1차 가압하는 구조로 이루어져, 열적 기밀성이 떨어지고, 이에, 챔버 내부와 외부의 열교환이 쉽게 이루어져, 챔버 내부의 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에 따른 열 진공 챔버는 하우징(100)의 전면과 배면 각각에 도어(300)가 회동 가능하도록 구비되되, 상기 도어(300)의 측면에 슈라우드(200)의 전면과 배면 각각을 가압하여 개구부(101)를 밀폐시키는 밀착판(310)이 구비됨으로써, 하우징(100) 및 슈라우드(200) 내부의 열적 기밀성을 높여 외부로부터 열의 침입을 최소화함으로써, 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 있다.
도어(300)는 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 하우징(100)의 전면과 배면 각각에 구비되어 개구부(101)가 개폐되도록 하는 기능을 수행하는 것으로, 밀착판(310) 및 탄성부재(320)를 포함하여 구성된다.
이러한 도어(300)는 하우징(100)에 회동 가능하도록 설치될 수 있으며, 이에, 도어(300)가 회동됨에 따라 개구부(101)의 개폐가 용이이하게 이루어질 수 있다.
이때, 도어(300)를 밀폐하고자 하는 경우, 도어(300)를 회동시켜 하우징(100)과 접촉되도록 하고, 핸들과 같은 잠금장치(도면부호 미표시)를 회동시켜 걸림부에 걸리게 한 후, 잠금장치를 돌리는 조작을 통해 하우징(100)과 도어(300) 사이에 공간이 생기지 않도록 폐쇄할 수 있다.
밀착판(310)은 도어(300)의 내측에 구비되어 슈라우드(200)의 정면과 배면 각각에 밀착되도록 구비된다.
이러한 밀착판(310)의 직경은 개구부(101)의 직경보다 작거나 동일하게 이루어질 수 있다.
탄성부재(320)는 도어(300)와 밀착판(310) 사이에 구비되어 상기 밀착판(310)을 도어(300) 외측으로 탄성지지하는 기능을 수행하는 것으로, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 도어(300)와 밀착판(310)을 상호 연결하는 다수 개의 봉과 상기 봉의 겉면을 감싸도록 스프링이 구비된 형태로 이루어질 수 있다.
이에, 탄성부재(320)의 탄성력에 의해 밀착판(310)이 슈라우드(200) 측으로 탄성지지됨으로써, 도어(300)가 닫힌 상태에서 슈라우드(200)의 정면과 배면 각각에 밀착판(310)이 한번 더 밀착되어 기밀성을 보다 향상시킬 수 있다.
피드스루(400)는 하우징(100)의 측면에 구비되어, 상기 하우징(100) 내부와 외부에 배치되는 장치를 서로 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다.
즉 피드스루(400)는 하우징(100) 내부의 진공과 고압의 압력을 유지하면서, 하우징(100) 내부에 설치된 기기에 외부 전력을 공급하거나, 하우징(100) 내부에 설치된 기기의 전기적 신호를 외부 기기에 전달하는 역할을 수행하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 하우징(100) 측면에 형성된 관통구멍에 설치된다.
설계조건에 따라, 피드스루(400)는 도선, 핀 또는 커넥터 등이 관통구멍에 설치되고, 관통구멍 사이에 형성된 공간에 세라믹, 에폭시 수지 및 글라스 중 선택된 하나 이상에 의해 밀봉될 수 있다.
도 13는 본 발명에 따른 열 진공 챔버에서 프레임을 나타낸 사시도이다.
프레임(500)은 하우징(100)의 하측에 구비되어 상기 하우징(100)을 지면으로부터 이격시켜 지지하는 기능을 수행하는 것으로, 내부에 공간(510)이 형성된 각관 형태로 이루어지되, 상기 공간(510)을 통해 진공 제어부(130)에 구비되는 각종 배관이 인입될 수 있다.
즉 진공 제어부(130)에 구비되는 각종 배관이 상기 프레임(500)의 공간(510) 내부로 인입되어 구비됨으로써, 장치의 부피를 최소화하여 간결하며, 미려한 외관을 제공할 수 있다.
이때, 프레임(500)의 높이는 약 80cm 내지 120cm로 이루어질 수 있다.
이에, 프레임(500)의 상측에 구비되는 하우징(100)의 높이가 작업자의 허리 위쪽에 위치하게 되어, 작업자가 일어난 상태에서 도어(300)의 개폐 또는 실험물을 인입시키거나 인출시키는 등의 작업을 효율적으로 할 수 있으며, 유지보수가 용이하여 유지비용이 절감되는 이점이 있다.
설계조건에 따라, 프레임(500)의 최하측에는 상기 프레임(500)을 지지하는 잠금이 가능한 캐스터(caster)(도면부호 미표시)가 더 구비될 수 있다.
이에, 하우징(100)과 프레임(500)을 용이하게 운반할 수 있다.
이러한 구성에 따라, 본 발명에 따른 열 진공 챔버는 하우징(100) 내부에 슈라우드(200)가 구비된 2중 챔버 구조에서, 하우징(100)의 개구부(101)가 개폐되도록 하는 도어(300)에 슈라우드(200) 측으로 탄성지지하는 밀착판(310)이 구비되어, 상기 챔버 내부의 열적 기밀성을 높여 외부로부터 열의 침입을 최소화함으로써, 진공내 열을 가하는 환경을 용이하게 조성할 수 있다.
또한 하우징(100)과 슈라우드(200)가 상호 이격되도록 구비되되, 상기 하우징(100)과 슈라우드(200) 사이에 단열이 우수한 한 쌍의 연결부재(210)가 구비됨으로써, 하우징(100)과 슈라우드(200)의 접촉에 따른 열 이동에 의한 열의 손실을 최소화할 수 있다.
또한 진공 내에서 승온을 용이하게 할 수 있는 히터부재(250)의 배열 구조와 강온을 용이하게 할 수 있는 슈라우드(200) 및 액체질소 배관계통에 의해 설정된 온도에 빠르게 도달할 수 있는 이점이 있으며, 유지보수가 용이하여 유지비용이 절감되는 효과가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다.
100 : 하우징 101 : 개구부
110 : 냉매 유입부 120 : 냉매 배출부
130 : 진공 제어부 131 : 로터리 펌프
132 : TMP 133 : 진공 게이지
200 : 슈라우드 201 : 파이프
210 : 연결부재 211 : 레일부재
212 : 롤러부재 220 : 지지부재
221 : 단턱 230 : 냉각라인
240 : 가이드링 241 : 결합홈
250 : 히터부재 251 : 히터케이스
252 : 반사판 253 : 기어부
260 : 열전도소재 270 : 보강부재
300 : 도어 310 : 밀착판
311 : 가스켓 320 : 탄성부재
400 : 피드스루 500 : 프레임
510 : 공간

Claims (6)

  1. 시험물의 인입 또는 인출을 위한 개구부(101)가 전면과 배면에 각각 형성된 원통형태의 하우징(100);
    상기 하우징(100) 내부에 인입되는 슈라우드(200);
    상기 하우징(100)의 전면과 배면 각각에 구비되어 상기 개구부(101)가 개폐되도록 설치되는 도어(300);
    상기 하우징(100)의 측면에 구비되어 하우징(100) 내부와 외부에 배치되는 장치를 서로 전기적으로 연결하는 피드스루(400); 및
    상기 하우징(100)의 하측에 구비되어 지면으로부터 지지하는 프레임(500);을 포함하여 구성되되,
    상기 하우징(100)과 슈라우드(200)는 그 사이에 구비된 한 쌍의 연결부재(210)에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하고,
    상기 연결부재(210)는
    하우징(100)의 내주면 좌,우측 각각에 구비되는 레일부재(211); 및
    슈라우드(200)의 외주면 좌,우측 각각에 구비되는 롤러부재(212);를 포함하여 구성되되,
    상기 롤러부재(212)는 상기 레일부재(211)에 끼워져 구름운동함으로써, 상기 하우징(100)으로부터 슈라우드(200)가 슬라이드 이동되어 상기 하우징(100) 내부로 인입되거나 또는 인출되도록 하며,
    상기 하우징(100)은
    상측에 냉매가 저장된 용기와 연결되는 냉매 유입부(110)가 구비되어, 상기 냉매 유입부(110)를 통해 냉매가 하우징(10)으로 유입되도록 하고,
    상기 슈라우드(200)는
    슈라우드(200)의 외주면을 따라 링 형태의 파이프(201)가 상기 슈라우드(200)의 길이방향으로 다수 개 구비되며,
    내부 바닥면의 상측으로 이격되며, 양 끝단이 상기 슈라우드(200)의 내주면 일부분에 접촉되도록 구비되고, 상측면에 놓여진 시험물을 지지하는 지지부재(220); 및 상기 지지부재(220)의 하측에 결합되며, 그 내부에 냉매가 흐르는 냉각라인(230);을 포함하여 구성되고,
    상기 지지부재(220)와 냉각라인(230)은 상호 접촉되도록 구비되어, 상기 지지부재(220)와 냉매가 흐르는 냉각라인(230)의 접촉 면적이 향상되도록 하며,
    상기 지지부재(220)는 구리 재질로 이루어지고,
    상기 냉각라인(230)은 'S'자 형태가 반복되는 형태로 이루어지며,
    일측은 상기 냉매 유입부(110)와 연결되고, 타측은 파이프(201)와 연결되어, 냉매 유입부(110)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 냉매가 냉각라인(230) 일측을 통해 상기 냉각라인(230)을 통과한 후, 파이프(201)를 통해 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 열 진공 챔버.
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  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슈라우드(200)는
    내주면을 따라 전면과 배면 각각에 형성되며, 다수 개의 결합홈(241)이 형성된 가이드링(240); 및
    상기 가이드링(240)의 결합홈(241)에 끼워져 결합되는 히터부재(250);를 더 포함하여 구성되되,
    상기 지지부재(220)는
    전면과 배면 각각의 모서리 부분이 절단된 십자가 형태로 이루어져, 상기 모서리 부분에 형성된 단턱(221)이 상기 가이드링(240)에 걸림되어 이탈이 방지되는 것을 특징으로 하는 열 진공 챔버.
  5. 청구항 4에 있어서,
    한 쌍의 가이드링(240) 각각에 12개의 결합홈(241)이 상호 대응되는 형태로 이루어지되,
    하나의 가이드링(240)에 형성된 결합홈(241)과 이에 대응되는 다른 하나의 가이드링(240)에 형성된 결합홈(241)에 상기 히터부재(250)의 양 끝단이 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 열 진공 챔버.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 도어(300)는
    내측에 구비되어 슈라우드(200)의 정면과 배면 각각에 밀착되도록 구비되는 밀착판(310); 및
    상기 도어(300)와 밀착판(310) 사이에 구비되어 상기 밀착판(310)을 외측으로 탄성지지하는 탄성부재(320);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열 진공 챔버.
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