KR101675697B1 - 초전도 냉매용 유량 분배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 냉매용 유량 분배 장치에 관한 것으로 일측에 제1유입관과 상기 제1유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제1배출관이 연결되는 제1분배실이 구비되고, 타측에 제2유입관과 상기 제2유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제2배출관이 연결되는 제2분배실이 구비되는 분배 하우징부재, 상기 분배 하우징부재의 중앙부분에 배치되어 상기 제1분배실과 상기 제2분배실을 구분하며 이동되어 상기 제1배출관과 상기 제2배출관으로 배출되는 유량을 조절하는 컨트롤 피스톤부재, 상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 어느 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 일단과 이격되게 배치되는 자석부재 및 상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 다른 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 타단과 이격되게 배치되는 초전도 벌크부재를 포함하여 극저온에서도 정확한 유량 분배가 가능하여 저온 냉매 즉, 초전도 기기에 사용되는 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매에 대한 유량 분배가 안정적으로 가능하게 하고 상기 컨트롤 피스톤부재를 부양시켜 이동 시 마찰을 최소화하여 장기간 안정적으로 작동 가능하며, 내구성이 향상되며 압력차이에 의한 반응속도가 빨라 유량분배의 정확도를 크게 향상시킨다.

Description

초전도 냉매용 유량 분배 장치{Superconductor Flow divider}

본 발명은 초전도 냉매용 유량 분배 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 초전도 냉매의 유량을 정확하게 분배하고, 내구성이 우수한 초전도 냉매용 유량 분배 장치에 관한 발명이다.

일반적으로 유량 분배 장치는 내부로 공급되는 유체를 균등하게 배분하거나 일정한 비율로 분배하는 기능을 하는 장치이다.

도 1은 종래의 유량 분배 장치를 도시한 개략도로써, 도 1을 참고하면 종래의 유량 분배 장치는, 분배 하우징의 일측에 제1유입관(1)과 상기 제1유입관(1)에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제1배출관(3)이 구비되고, 상기 분배 하우징(100)의 타측에 제2유입관(2)과 상기 제2유입관(2)에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제2배출관(4)이 구비되어 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)을 통해 배출되는 유체의 유량을 일치되게 분배하는 장치이다.

상기 분배 하우징(100)의 내부에는 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)의 사이에서 이동하여 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)으로 배출되는 냉매의 유량을 제어하는 컨트롤 피스톤(200)이 배치되며, 상기 컨트롤 피스톤(200)은 이동 방향의 양 단부가 각각 스프링부재(300)에 의해 탄성 지지된다.

즉, 상기 컨트롤 피스톤(200)을 중심으로 일측 즉, 상기 제1배출관(3) 측의 유압이 높고 상기 제2배출관(4) 측의 유압이 낮은 경우 상기 스프링부재(300)의 복원력에 의해 상기 컨트롤 피스톤(200)이 유압이 낮은 상기 제2배출관(4) 측으로 이동하고, 상기 제1배출관(3) 측의 유압이 낮고 상기 제2배출관(4) 측의 유압이 높은 경우 상기 스프링부재(300)의 복원력에 의해 상기 컨트롤 피스톤(200)이 유압이 낮은 상기 제1배출관(3) 측으로 이동하여 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)으로 배출되는 유체의 유량을 균일하게 제어하는 것이다.

그러나, 종래의 상기 유량 분배 장치는 상온에서 작동이 가능하나, 극저온 냉동기 등에서의 적용을 위한 초전도 냉매 즉, 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매를 분배하는 경우 상기 스프링부재(300)가 탄성을 잃어 상기 컨트롤부재의 중앙위치 복원이 어려워 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)으로 배출되는 유량을 정확하게 제어할 수 없었던 것이다.

또한 종래의 상기 유량 분배 장치는 상기 컨트롤 피스톤(200)의 실링을 위해 폴리우레탄 재질의 오링(400)과 같이 접촉식 실링체를 사용하고 있으나 극저온에서 상기 컨트롤 피스톤(200)과 상기 오링(400)의 이종재질 간의 서로 다른 수축량에 의해 오링(400)이 파손되거나 손상되는 문제점이 있었던 것이다.

즉, 종래의 상기 유량 분배 장치는 극저온 냉동기 등에서의 사용 시 상기 스프링부재(300)와 상기 오링(400)의 내구성 문제로 인해 보수작업을 주기적으로 해야하는 번거로움이 있었던 것이다.

따라서 종래의 상기 유량 분배 장치는 실제로 초전도 냉매 즉, 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매를 분배하는 용도로 사용 시 내구성이 취약하여 장기간 안정적으로 사용이 어려웠던 것이다.

본 발명의 목적은 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매를 정확하게 분배하고, 내구성이 우수한 초전도 냉매용 유량 분배 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 냉매용 유량 분배 장치는, 일측에 제1유입관과 상기 제1유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제1배출관이 연결되는 제1분배실이 구비되고, 타측에 제2유입관과 상기 제2유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제2배출관이 연결되는 제2분배실이 구비되는 분배 하우징부재, 상기 분배 하우징부재의 중앙부분에 배치되어 상기 제1분배실과 상기 제2분배실을 구분하며 이동되어 상기 제1배출관과 상기 제2배출관으로 배출되는 유량을 조절하는 컨트롤 피스톤부재, 상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 어느 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 일단과 이격되게 배치되는 자석부재 및 상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 다른 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 타단과 이격되게 배치되는 초전도 벌크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 냉매용 유량 분배 장치는, 상기 컨트롤 피스톤부재와 상기 분배 하우징부재의 내주면의 사이 즉, 상기 피스톤 이동실의 사이를 실링하는 실링체를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 실링체는 라비린스실(labyrinth seal)일 수 있다.

본 발명에서 상기 실링체는 극저온에서 사용 가능한 오일 종류의 종류의 비접촉식 실일 수 있다.

본 발명에서 상기 분배 하우징부재에서 상기 제1분배실과 상기 제2분배실의 사이에는 상기 컨트롤 피스톤부재가 이동가능하게 배치되는 피스톤 이동실이 구비되고, 상기 피스톤 이동실의 양 단부에는 상기 분배 하우징부재의 외측으로 돌출되어 상기 제1배출관과 상기 제2배출관이 연결되고 이동되는 상기 컨트롤 피스톤부재에 의해 상기 제1배출관과 상기 제2배출관과 연통되는 입구의 개폐량이 조절되는 제1유량조절실과 제2유량조절실이 각각 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 냉매용 유량 분배 장치는, 상기 제1유입관과 상기 제2유입관에 장착되어 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 통해 유입되는 유량을 제어하는 제1유량 제어부 및 제2유량 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 극저온에서도 정확한 유량 분배가 가능하여 저온 냉매 즉, 초전도 기기에 사용되는 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매에 대한 유량 분배가 가능한 효과가 있다.

본 발명은 컨트롤 피스톤부재를 부양시켜 이동 시 마찰을 최소화하여 장기간 안정적으로 작동 가능하며, 내구성이 향상되며 압력차이에 의한 반응속도가 빨라 유량분배의 정확도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 별도의 냉각 장치없이 초전도 벌크를 이용할 수 있어 효율을 극대화하는 효과가 있다.

도 1은 종래 유량 분배 장치를 도시한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 초전도 냉매용 유량 분배 장치의 일 실시예를 도시한 개략도

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 초전도 냉매용 유량 분배 장치의 일 실시예를 도시한 개략도로서, 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 유량 분배 장치는, 내부에 이동 가능하게 장착되는 컨트롤 피스톤부재(20)에 의해 제1분배실(11)과 제2분배실(12)로 내부가 구분되는 분배 하우징부재(10)를 포함한다.

상기 분배 하우징부재(10)는 일측에 상기 제1분배실(11)이 구비되고, 타측에 상기 제2분배실(12)이 구비되며, 상기 제1분배실(11)에는 내부로 초전도 냉매를 유입시키는 제1유입관(1)과 상기 제1유입관(1)에 의해 내부로 유입된 초전도 냉매를 배출시키는 제1배출관(3)이 연결된다.

상기 초전도 냉매는 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매인 것을 일 예로 하며, 극저온을 가지는 다른 공지의 냉매를 다양하게 변형 실시할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 제2분배실(12)에는 내부로 초전도 냉매를 유입시키는 제2유입관(2)과 상기 제2유입관(2)에 의해 내부로 유입된 초전도 냉매를 배출시키는 제2배출관(4)이 연결된다.

상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)은 메인 유입관(5)에서 각각 분기된 것이고, 상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)에는 제1유량 제어부(60) 및 제2유량 제어부(70)가 장착되어 상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)을 통해 유입되는 유량을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제1유량 제어부(60)와 상기 제2유량 제어부(70)는 작업자가 수동으로 상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)을 통해 유입되는 유량을 제어하는 것을 일 예로 한다.

또한, 상기 제1유량 제어부(60)와 상기 제2유량 제어부(70)는 각각 차압식 플로우 미터와 유량제어밸브를 포함하여 상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)을 통해 상기 제1분배실(11)과 상기 제2분배실(12)로 유입되는 초전도 냉매의 유량을 최대한 동일하게 제어할 수도 있다.

상기 분배 하우징부재(10)에서 상기 제1분배실(11)과 상기 제2분배실(12)의 사이에는 상기 컨트롤 피스톤부재(20)가 이동가능하게 배치되는 피스톤 이동실(13)이 구비되고, 상기 피스톤 이동실(13)의 양 단부에는 상기 분배 하우징부재(10)의 외측으로 돌출되어 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)이 연결되고 이동되는 상기 컨트롤 피스톤부재(20)에 의해 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)과 연통되는 입구의 개폐량이 조절되는 제1유량조절실(14)과 제2유량조절실(15)이 각각 구비된다.

상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 양 단부 측으로 이동하여 상기 제1유량조절실(14)과 상기 제2유량조절실(15)의 입구의 개폐량을 조절하여 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)을 통해 배출되는 유량을 동일하게 제어하는 것을 일 예로 한다.

또한, 상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 양 단부 측으로 이동하여 상기 제1배출관(3)의 입구와 상기 제2배출관(4)의 입구의 개폐량을 조절하여 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)을 통해 배출되는 유량을 동일하게 제어할 수도 있음을 밝혀둔다.

본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 냉매용 유량 분배 장치는, 상기 컨트롤 피스톤부재(20)와 상기 분배 하우징부재(10)의 내주면의 사이 즉, 상기 피스톤 이동실(13)의 사이를 실링하는 실링체(50)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 실링체(50)는 라비린스실(labyrinth seal)이거나 극저온에서 사용 가능한 오일 종류의 종류의 비접촉식 실인 것을 일 예로 한다.

상기 실링체(50)는 상기 분배 하우징부재(10)의 내주면과의 접촉 면적이 최소화되게 형성되어 장기간 안정적으로 실링 작용을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 비접촉 실의 오일은 극저온에서 실링이 가능한 오일로 공지의 다양한 예로 변형실시할 수 있음을 밝혀둔다.

상기 제1분배실(11)과 상기 제2분배실(12) 중 어느 한측에는 상기 컨트롤 피스톤부재(20)의 일단과 이격되게 자석부재(30)가 배치되며, 상기 자석부재(30)는 영구자석인 것을 일 예로 한다.

상기 제1분배실(11)과 상기 제2분배실(12) 중 다른 한측에는 상기 컨트롤 피스톤부재(20)의 타단과 이격되게 초전도 벌크부재(40)가 배치되며, 상기 초전도 벌크부재(40)는 극저온에서 초전도 성질을 띄게 된다.

상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 상기 자석부재(30)와 상기 초전도 벌크부재(40)의 사이에서 부양되고, 상기 자석부재(30) 즉, 상기 영구자석과 상기 초전도 벌크부재(40) 간의 포획 자장에 의해 상기 분배 하우징부재(10)의 중앙부에 위치한다.

상기 분배 하우징부재(10)의 중앙부는 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)의 입구 측을 동일하게 개방하는 위치인 것이다.

상기 자석부재(30)와 상기 초전도 벌크부재(40)는 사이에 형성되는 포획 자장에 의해 상기 상기 컨트롤 피스톤부재(20)를 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)의 입구 측을 동일하게 개방하는 위치 즉, 상기 분배 하우징부재(10)의 중앙부로 위치시키는 복원력을 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 초전도 냉매용 유량 분배 장치는 상기 자석부재(30)와 상기 초전도 벌크부재(40)의 플럭스 피닝(flux pinning)효과를 이용하는 것으로, 상기 제1분배실(11) 측에서 상기 제1유량조절실(14)의 유압(P1)이 높고 상기 제2분배실(12) 측에서 상기 제2유량조절실(15)의 유압(P2)이 낮은 경우 상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 상기 제2유량조절실(15) 측으로 이동하여 유량을 조절한다. 그리고, 유량이 조절되어 상기 제1유량조절실(14)의 유압(P1)과 상기 제2유량조절실(15)의 유압(P2)이 평형을 이루면 상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 상기 자석부재(30)와 상기 초전도 벌크부재(40)는 사이에 형성되는 포획 자장에 의해 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)의 입구 측을 동일하게 개방하는 위치 즉, 상기 분배 하우징부재(10)의 중앙부로 위치되는 것이다.

또한, 상기 제1분배실(11) 측에서 상기 제1유량조절실(14)의 유압(P1)이 낮고 상기 제2분배실(12) 측에서 상기 제2유량조절실(15)의 유압(P2)이 높은 경우 상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 상기 제1유량조절실(14) 측으로 이동하여 유량을 조절한다. 그리고, 유량이 조절되어 상기 제1유량조절실(14)의 유압(P1)과 상기 제2유량조절실(15)의 유압(P2)이 평형을 이루면 상기 컨트롤 피스톤부재(20)는 상기 자석부재(30)와 상기 초전도 벌크부재(40)는 사이에 형성되는 포획 자장에 의해 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)의 입구 측을 동일하게 개방하는 위치 즉, 상기 분배 하우징부재(10)의 중앙부로 위치되는 것이다.

상기 초전도 벌크부재(40)는 상기 분배 하우징부재(10) 내에서 분배되어 배출되는 극저온 냉매에 의해 자동냉각되므로 별도의 냉각 장치 없이 플럭스 피닝(flux pinning) 효과가 안정적으로 유지될 수 있는 것이다.

본 발명은 작업자가 상기 제1유량 제어부(60)와 상기 제2유량 제어부(70)를 수동조작하여 분배 유량을 1차로 설정하고, 설정된 유량에 맞게 상기 제1유입관(1)과 상기 제2유입관(2)을 통해 상기 제1분배실(11)과 상기 제2분배실(12)로 극저온 냉매가 유입되고, 상기 컨트롤 피스톤부재(20)의 이동에 의해 2차적으로 상기 제1배출관(3)과 상기 제2배출관(4)을 통해 배출되는 유량이 정확하게 조절되는 것이다.

본 발명은 극저온에서도 정확한 유량 분배가 가능하여 저온 냉매 즉, 초전도 기기에 사용되는 액체질소 또는 액체헬륨 등의 극저온 냉매에 대한 유량 분배가 가능하다.

본 발명은 컨트롤 피스톤부재(20)를 부양시켜 이동 시 마찰을 최소화하여 장기간 안정적으로 작동 가능하며, 내구성이 향상되며 압력차이에 의한 반응속도가 빨라 유량분배의 정확도를 크게 향상시킨다.

본 발명은 별도의 냉각 장치없이 초전도 벌크를 이용할 수 있어 효율을 극대화하는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

1 : 제1유입관 2 : 제2유입관
3 : 제1배출관 4 : 제2배출관
5 : 메인 유입관 10 : 분배 하우징부재
11 : 제1분배실 12 : 제2분배실
13 : 피스톤 이동실 14 : 제1유량조절실
15 : 제2유량조절실 20 : 컨트롤 피스톤부재
30 : 자석부재 40 : 초전도 벌크부재
50 : 실링체 60 : 제1유량 제어부
70 : 제2유량 제어부

Claims (6)

1. 일측에 제1유입관과 상기 제1유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제1배출관이 연결되는 제1분배실이 구비되고, 타측에 제2유입관과 상기 제2유입관에 의해 내부로 유입된 유체를 배출시키는 제2배출관이 연결되는 제2분배실이 구비되는 분배 하우징부재;
   상기 분배 하우징부재의 중앙부분에 배치되어 상기 제1분배실과 상기 제2분배실을 구분하며 이동되어 상기 제1배출관과 상기 제2배출관으로 배출되는 유량을 조절하는 컨트롤 피스톤부재;
   상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 어느 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 일단과 이격되게 배치되는 자석부재; 및
   상기 제1분배실과 상기 제2분배실 중 다른 한측에서 상기 컨트롤 피스톤부재의 타단과 이격되게 배치되는 초전도 벌크부재를 포함하며,
   상기 컨트롤 피스톤부재가 상기 제1배출관과 연통되는 입구의 개폐량이 조절되는 제1유량조절실과 상기 제2배출관과 연통되는 입구의 개폐량이 조절되는 제2 유량조절실의 유압의 차에 따라 상기 제1유량조절실과 상기 제2유량조절실 중 어느 하나의 측으로 이동하여 유량을 조절하며,
   상기 유량이 조절되어 상기 제1유량조절실의 유압(P1)과 상기 제2유량조절실의 유압(P2)이 평형을 이루면, 상기 컨트롤 피스톤부재는 상기 자석부재와 상기 초전도 벌크부재의 플럭스 피닝(flux pinning) 효과에 의해 형성되는 포획 자장에 의해 상기 제1배출관과 상기 제2배출관의 입구 측을 동일하게 개방하는 위치인 상기 분배 하우징부재의 중앙부로 위치하는 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 컨트롤 피스톤부재와 상기 분배 하우징부재의 내주면의 사이를 실링하는 실링체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 실링체는 라비린스실(labyrinth seal)인 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 실링체는 극저온에서 사용 가능한 오일 종류의 종류의 비접촉식 실인 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 분배 하우징부재에서 상기 제1분배실과 상기 제2분배실의 사이에는 상기 컨트롤 피스톤부재가 이동가능하게 배치되는 피스톤 이동실이 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유입관과 상기 제2유입관에 장착되어 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 통해 유입되는 유량을 제어하는 제1유량 제어부 및 제2유량 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 냉매용 유량 분배 장치.

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