KR101715513B1 - 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치에 관한 것으로서, 특히 내부에 열매유가 저장되는 열매유 저장조와; 상기 열매유에 침지되게 상기 열매유 저장조 내부에 설치되어 열매유를 가열하는 히터와; 상기 열매유에 침지되도록 설치되어 내부에서 유동하는 케로신(Kerosene)이 열매유에 의해 중탕가열되고, 온도센서가 설치된 케로신 유동관과; 상기 열매유 저장조 내부에 질소가스를 주입하여 열매유 저장조 내부의 압력을 상승시키는 질소주입구와; 상기 케로신 유동관의 관로상에 설치되어 열매유에 의해 중탕가열된 케로신과 열을 교환하는 열교환기와; 열교환된 케로신이 저장되는 회수탱크;로 구성되어, 히터를 끄더라도 열매유의 열용량에 의해 온도가 오랫동안 유지되고, 이로 인하여 오랫동안 케로신이 가열되어 정확한 물성을 측정하는데 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치에 관한 것으로서, 특히 로켓엔진 연소기의 연료로 사용되는 케로신을 중탕방식으로 가열하여 열전달, 열분해 실험을 할 수 있는 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치에 관한 것이다.
로켓엔진에 사용되는 연소기는 연소실에서 발생되는 높은 온도와 압력에 노출되기 때문에 벽면을 식히기 위해 연소실 내부에 냉각채널을 갖게 된다.
냉각채널 내부에는 연소기의 연료인 케로신이 빠르게 흐르면서 연소실의 열을 빼앗아 냉각을 시켜준다. 이때 케로신은 열전달 현상에 의해 온도가 높아지게 되고, 온도가 과도하게 높아지게 되면 열분해 현상이 발생하게 된다.
이러한 냉각채널 내에서의 케로신의 열전달, 열분해 실험은 실제 연소기 조건에서 수행되기가 어렵기 때문에 종래에는 도 1과 같은 실험 장치를 통하여 도체에서 발생되는 열로 케로신을 가열하였다.
도 1에 도시된 실험장치는 케로신 저장탱크(1)에 있는 케로신이 전원공급장치(Power Supply,2)에 의해 가열되는 도체시편(3) 사이를 통과하면서 가열되는 방식을 취하고 있는데, 이러한 방식은 실험 중 도체시편(3)의 온도를 측정할 때 도체시편(3)에 흐르는 고전압과 고전류에 의하여 온도센서에 상당한 노이즈가 나타나게 되어 오류를 발생되고 이로 인하여 정확한 온도를 측정하기 어려운 문제가 있다.
로켓엔진용 연소기의 재생냉각채널을 모사한 탄화수소계 연료 가열시험(제8회 우주발사체기술 심포지움 2007.2.22) - 임병직, 이광진, 김종규, 양승호, 김희태, 백선기, 강동혁, 김홍집, 한영민
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 로켓엔진 연소기의 연료로 사용되는 케로신을 가열된 열매유에 의한 중탕가열 방식으로 가열하여 케로신의 열전달, 열전달 실험을 오랫동안 수행할 수 있고, 고전압/고전류로 인한 온도센서의 오차 없이 정확한 측정을 할 수 있는 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치는 내부에 열매유가 저장되는 열매유 저장조와; 상기 열매유에 침지되게 상기 열매유 저장조 내부에 설치되어 열매유를 가열하는 히터와; 상기 열매유에 침지되도록 설치되어 내부에서 유동하는 케로신(Kerosene)이 열매유에 의해 중탕가열되고, 온도센서가 설치된 케로신 유동관과; 상기 열매유 저장조 내부에 질소가스를 주입하여 열매유 저장조 내부의 압력을 상승시키는 질소주입구와; 상기 케로신 유동관의 관로상에 설치되어 열매유에 의해 중탕가열된 케로신과 열을 교환하는 열교환기와; 열교환된 케로신이 저장되는 회수탱크;로 구성된다.
여기서, 상기 열교환기는 나선 형상으로 둥글게 말린 케로신 유동관을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되되, 하단에 냉수유입구가 구비되어 내부공간에 냉수가 공급되고, 상단에 온수배출구가 구비되어 케로신과 열교환되어 따뜻해진 온수가 배출된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치는 열매유를 이용한 중탕방식으로 케로신을 가열하여 케로신의 열전달 및 열분해에 관한 물성을 측정하기 때문에 히터를 끄더라도 열매유의 열용량에 의해 온도가 오랫동안 유지되고, 이로 인하여 오랫동안 케로신이 가열되어 실험을 오래동안 수행함으로써 정확한 물성을 측정하는데 도움을 줄 수 있는 이점이 있다.
또한, 중탕방식에 의해 가열되기 때문에 온도센서로 케로신의 온도를 측정할 때 전압이나 전류에 의해 방해받는 것을 최소화할 수 있어서 정확한 케로신의 온도를 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 로켓엔지 연소기 냉각채널 내 케로신의 열전달, 열분해 실험장치를 간단히 보인 도.
도 2는 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치를 간단히 보인 도.
도 2는 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치를 간단히 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치를 간단히 보인 도이다.
로켓엔진 연속기의 연료인 케로신은 연소기 냉각채널을 유동하면서 열전달에 의해 연소기의 열을 빼앗아 냉각을 시키고, 열전달 현상이 과도하게 되면 열분해 현상이 발생되는데, 이렇게 로켓엔진 연소기의 연료로 사용될 때의 케로신의 물성을 알아보기 위한 것이 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치이다.
이러한 목적을 갖는 본 발명에 의한 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치는 열매유 저장조(10)와, 상기 열매유 저장조(10) 내부에 설치되는 히터(20)와, 상기 열매유 저장조(10)에 설치되는 케로신 유동관(30)과, 상기 열매유 저장조(10)에 설치되는 질소주입구(40)와, 상기 케로신 유동관(30) 일부를 둘러싸는 열교환기(50)와, 케로신이 저장되는 회수탱크로 구성된다.
상기 열매유 저장조(10)는 내부에 열매유(O)가 저장되는 것으로서, 본체(11)와, 상기 본체(11)의 상단에 결합되는 덮개(12)로 구성된다.
상기 본체(11)는 상단이 개방되고, 내부에 빈 공간이 형성된다. 이러한 본체(11)의 내부공간에 열매유(O)가 일정 높이로 저장된다.
상기 덮개(12)는 상기 본체(11)의 개방된 상단을 밀폐하는 것으로서, 여기에는 케상기 케로신 유동관(30)과 질소주입구(40)가 설치된다.
상기 히터(20)는 상기 열매유 저장조(10), 즉 열매유 저장조(10)의 본체(11) 내부에 설치되는 것으로서, 상기 열매유(O)에 침지되도록 설치된다. 이러한 히터(20)는 외부에서 공급된 전원에 의해 발열하여 열매유(O)를 가열한다.
상기 케로신 유동관(30)은 상기 열매유 저장조(10), 즉 열매유 저장조(10)의 덮개(12)에 연결되는 것으로서, 상기 열매유(O)에 일부분이 침지되도록 설치된다. 좀 더 자세히는 상기 케로신 유동관(30)은 상기 열매유 저장조(10)와 열교환기(50) 및 회수탱크(60)에 이르도록 길게 설치되는 것으로서, 그 중 일부분이 상기 열매유 저장조(10)의 열매유(O)에 침지되도록 설치되고, 내부에는 케로신(Kerosene)이 유동한다.
따라서, 케로신 유동관(30) 내부에서 흐르는 케로신은 상기 히터(20)에 의해 가열된 열매유(O)에 의해 중탕 가열된다.
그리고, 상기 케로신 유동관(30)에는 온도센서(31)가 설치된다. 좀 더 자세히는 상기 케로신 유동관(30) 중 열매유(O)에 침지된 부분에 온도센서(31)가 설치된다. 로켓엔진 연소기의 연료로 사용될 때의 케로신의 열전달, 열분해에 관한 실험을 할 때는 가열 전과 가열 중 및 가열 후 수시로 케로신의 온도를 측정하는 것이 당연히 필요하고, 이러한 케로신의 온도 측정을 위해서 케로신 유동관(30)에 온도센서(31)가 설치되는 것이다.
한편, 케로신 유동관(30) 내부에서 유동하는 케로신은 히터(20)에 의해 가열된 열매유(O)에 의해 중탕 가열된다고 하였는데, 만약 열매유(O)를 일정 온도로 가열한 후 히터(20)를 끈다 하더라도 열매유(O)는 그 자체의 열용량에 의해 오랫동안 유지되고, 이로써 케로신도 열매유(O)에 의해 오랫동안 가열될 수 있다.
상기 질소주입구(40)는 상기 열매유 저장조(10)의 덮개(12)에 설치되는 것으로서, 이 질소주입구(40)를 통하여 열매유 저장조(10) 내부에 질소가스를 주입하고, 주입된 질소가스에 의하여 열매유 저장조(10) 내부의 압력이 상승된다.
로켓엔진 연소기의 연료로 사용될 때의 케로신의 물성을 알기 위해서는 800K 정도의 온도가 될 때까지 열매유가 액체 상태를 유지할 수 있어야만 하는데, 물은 373K에서 기화가 되기 때문에 케로신을 중탕가열하기 위한 열원으로는 적절하지 않다.
따라서, 물 대신에 열매유를 사용하여 케로신을 중탕가열하는데, 열매유는 일반적으로 대기압 상태에서 대략 600K 정도까지는 기화가 되지 않으나 그 이상의 온도에서는 기화될 가능성이 있다. 이렇게 600K 정도에서 열매유가 기화되는 것을 방지하기 위해 본 발명에서는 질소주입구(40)를 통해 열매유 저장조(10) 내부에 질소를 주입한다.
질소주입에 의하여 열매유 저장조(10) 내부의 압력이 높아지면 800K 정도의 온도에서도 열매유(O)가 기화되지 않고 액체 상태를 유지할 수 있으며, 따라서 케로신 유동관(30) 내부의 케로신도 800K 정도의 열을 열매유(O)로부터 지속적으로 공급받을 수 있게 된다.
상기 열교환기(50)는 상기 케로신 유동관(30)의 관로상에 설치되어 열매유(O)에 의해 중탕가열된 케로신과 열을 교환한다.
좀 더 부연하면, 상기 열교환기(50)는 원통 형상으로 제작되는데, 그 하단에는 냉수유입구(51)가 구비되고, 그 상단에는 온수배출구(52)가 구비된다.
상기 냉수유입구(51)를 통하여 차가운 물이 열교환기(50)의 내부공간으로 공급되고, 상기 온수배출구(52)를 통하여 케로신과 열교환되어 따뜻해진 온수가 열교환기(50) 외부로 배출된다.
한편, 상기 열교환기(50) 내부에 위치되는 케로신 유동관(30)의 일부분은 상기 열교환기(50) 내부에서 냉수와의 열교환을 촉진하기 위해 나선 형상으로 둥글게 말린 형상을 취한다.
상기 회수탱크(60) 내부에는 상기 열교환기(50)에서 냉수와 열교환되어 차가워진 케로신이 저장된다.
10: 열매유 저장조 11: 본체
12: 덮개 20: 히터
30: 케로신 유동관 31: 온도센서
40: 질소주입구 50: 열교환기
51: 냉수유입구 52: 온수배출구
60: 회수탱크 O: 열매유
12: 덮개 20: 히터
30: 케로신 유동관 31: 온도센서
40: 질소주입구 50: 열교환기
51: 냉수유입구 52: 온수배출구
60: 회수탱크 O: 열매유
Claims (3)
- 내부에 열매유(O)가 저장되는 열매유 저장조(10)와;
상기 열매유(O)에 침지되게 상기 열매유 저장조(10) 내부에 설치되어 열매유(O)를 가열하는 히터(20)와;
상기 열매유(O)에 침지되도록 설치되어 내부에서 유동하는 케로신(Kerosene)이 열매유에 의해 중탕가열되고, 온도센서(31)가 설치된 케로신 유동관(30)과;
상기 열매유 저장조(10) 내부에 질소가스를 주입하여 열매유 저장조(10) 내부의 압력을 상승시키는 질소주입구(40)와;
상기 케로신 유동관(30)의 관로상에 설치되어 열매유(O)에 의해 중탕가열된 케로신과 열을 교환하는 열교환기(50)와;
열교환된 케로신이 저장되는 회수탱크(60);로 구성된 것을 특징으로 하는 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 열교환기(50)는 나선 형상으로 둥글게 말린 케로신 유동관(30)을 둘러싸는 원통 형상으로 구성되되, 하단에 냉수유입구(51)가 구비되어 내부공간에 냉수가 공급되고, 상단에 온수배출구(52)가 구비되어 케로신과 열교환되어 따뜻해진 온수가 배출되는 것을 특징으로 하는 열매유를 이용한 케로신의 열전달, 열분해 실험장치.
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