KR102115430B1

KR102115430B1 - 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어방법

Info

Publication number: KR102115430B1
Application number: KR1020180102397A
Authority: KR
Inventors: 서희준; 조혁진; 박성욱
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-05-26
Also published as: KR20200025277A

Abstract

본 발명은, 인공위성의 열진공 시험을 위한 열진공챔버 내부로 유체를 공급하며, 내부에는 냉각을 위한 냉각수 채널을 구비한 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수시기를 결정하는 방법으로서, 상기 냉각수 채널로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(10); 상기 냉각수 채널에서 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(20); 및 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 제1유량스위치(S1)와 제2유량스위치(S2);를 이용하여, 상기 제1유량스위치(S1)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제1유량 이하임을 감지하면, 제어부가 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리는 경고단계;와 상기 제2유량스위치(S2)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제2유량 이하임을 감지하면, 상기 제어부가 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 정지단계;로 이루어지는, 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수시기 결정방법을 제공한다.

Description

인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어방법{METHOD FOR PUMP OR BLOWER MAINTENANCE FOR SATELLITE THERMAL VACUUM CHAMBER}

본 발명은, 인공위성 시험 장비인 열진공 시험용 챔버에 사용되는 진공펌프 또는 극저온 블로워의 유지보수시기 결정방법 및 이를 이용한 유지보수 자동제어방법이며, 구체적으로는 진공펌프 내지 극저온 블로워의 냉각수 라인에 유량스위치를 부착하여 유량의 흐름을 관측하여 유지보수 시기를 결정하고, 유지보수 시기가 되면 진공펌프 또는 극저온 블로워의 유수보수 프로그램이 자동으로 실행되도록 하는 방법에 관한 것이다.

인공위성은 우주와 같은 열진공 환경에서의 시험을 거쳐야 하며, 이를 위해 열진공 챔버를 이용하고 있으며, 챔버 내부의 온도를 우주 환경에서의 온도로 제어하기 위해 진공펌프/극저온 블로워를 이용하여 챔버 내부로 온도 조절용 유체를 공급하고 있다. 도 1을 보면, 일반적인 열진공 챔버의 개념적인 모식도를 도시하고 있다.

즉, 열진공챔버(100)는 지상에서 우주환경을 모사하는 장치로 인공위성의 우주 열환경 모사시험에 사용되는 고가의 장비이며, 통상 진공환경을 만들고 열진공챔버(100) 내부 공간을 감싸는 슈라우드(110)의 온도를 -196℃∼110℃까지 변화시키면서 열환경시험을 하게 된다. 이러한 열진공챔버 내부 온도 제어를 위해 특정 온도로 제어된 기체를 극저온 블로워(B)를 사용하여 공급하고 있는 모습이다.

그런데, 진공펌프 또는 극저온 블로워는 유체 공급을 위해 고속으로 회전하기 때문에 열이 발생하게 되고, 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 진공펌프/극저온 블로워 내부에는 냉각수가 흐르는 채널을 구비하고 이곳을 통해 냉각수를 순환시켜서 진공펌프/극저온 블로워를 냉각하고 있다.

그런데, 냉각수에는 냉각 성능을 위해 부동액과 기타 필요한 물질들을 함유하고 있는데, 이러한 부동액과 오염물질에 의해 냉각수의 흐름 통로인 채널 유로가 스케일이 발생하고 유체 통로에 냉각수 흐름이 원활하지 않아 고장 원인이 된다. 도 2에서는 진공펌프/극저온 블로워의 냉각수 채널이 부식된 상태를 보여주는 이미지이다. 진공펌프나 극저온 블로워 대부분의 고장원인은 냉각수 공급과 흐름이 원활하지 않아서 발생하고 있다.

이렇게 냉각수 사용시 발생되는 스케일 등으로 인해 냉각수 유로가 부식되거나 폐쇄되어 펌프나 블로워의 고장이 발생하면, 그 수리에는 많은 비용과 노력이 필요하며, 열진공챔버 작동을 중지하고 블로워를 전체적으로 분해하여 청소를 해야 하는 등 불편이 따르며, 장비 사용 불가로 위성체 개발 일정에 차질이 발생하는 등 많은 문제가 있었다.

본 발명은, 우주 환경을 모사하기 위한 열진공 챔버에 사용되는 진공펌프/극저온 블로워의 냉각수 채널의 스케일을 포함한 침전물 발생을 감지할 수 있고 이를 자동으로 제거할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 인공위성의 열진공 시험을 위한 열진공챔버 내부로 유체를 공급하며, 내부에는 냉각을 위한 냉각수 채널을 구비한 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수시기를 결정하는 방법으로서,

상기 냉각수 채널로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(10); 상기 냉각수 채널에서 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(20); 및 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 제1유량스위치(S1)와 제2유량스위치(S2);를 이용하여, 상기 제1유량스위치(S1)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제1유량 이하임을 감지하면, 제어부가 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리는 경고단계;와

상기 제2유량스위치(S2)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제2유량 이하임을 감지하면, 상기 제어부가 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 정지단계;로 이루어지는, 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수시기 결정방법을 제공한다.

상기 제1유량은 상기 냉각수 배출관(20)을 흐르는 정상유량의 50%이며, 상기 제2유량은 상기 냉각수 배출관(20)을 흐르는 정상유량의 10%일 수 있다.

또한, 본 발명은, 인공위성의 열진공 시험을 위한 열진공챔버 내부로 유체를 공급하며, 내부에는 냉각을 위한 냉각수 채널을 구비한 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수 자동제어장치로서,

상기 냉각수 채널로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(10); 상기 냉각수 채널에서 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(20); 상기 냉각수 공급관을 개폐하는 제1개폐밸브(15); 상기 냉각수 배출관을 개폐하는 제2개폐밸브(25); 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제1유량 이하임을 감지하는 제1유량스위치(S1); 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제2유량 이하임을 감지하는 제2유량스위치(S2); 상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하면 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리고, 상기 제2유량스위치(S2)가 제2유량 이하임을 감지하면 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 제어부;로 이루어지는, 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어장치를 제공한다.

상기 냉각수 공급관(10)에 압축기체를 공급하는 제1세척공급관(30); 상기 냉각수 공급관(10)에 세척수를 공급하는 제2세척공급관(40); 상기 냉각수 배출관(20)에 일단이 연결된 세척배출관(50); 상기 제1세척공급관(30), 제2세척공급관(40), 및 세척배출관(50) 각각을 개폐하는 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55);를 더 구비할 수 있다.

상기 제1세척공급관(30)과 제2세척공급관(40)은 합류하여 상기 냉각수 공급관(10)에 연결된다.

또한, 본 발명은, 상기 자동제어장치를 이용한 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어방법으로서, 상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하여 유지보수를 위한 알람이 울리면,

상기 진공펌프 내지 블로워의 작동을 중지시키고, 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 닫는 제1단계; 상기 제1세척밸브(35) 및 제3세척밸브(55)를 개방하고, 제1세척공급관(30)으로 압축기체를 공급하는 제2단계; 상기 제1 및 제3세척밸브(35,55)를 닫고, 상기 제2세척밸브(45)를 개방하여 상기 제2세척공급관(40)으로 세척수를 공급하여 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일을 포함한 침전물 불림하는 제3단계; 및 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 개방하여 상기 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일을 제거하는 제4단계;를 포함하는 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어방법을 제공한다.

제2단계 내지 제4단계가 3 내지 4회 반복 시행되는 것이 좋고, 상기 제2단계에서, 상기 압축기체는 5 bar이상의 질소 또는 공기이며,

상기 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 닫고,

상기 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 개방하여 진공펌프 내지 블로워를 재가동하는 제5단계;를 포함한다.

본 발명은, 상기 구성에 의해서, 열진공 챔버에 사용되는 진공펌프/극저온 블로워의 냉각수 채널의 스케일을 포함한 침전물 발생을 사전에 감지하고 이를 자동으로 제거하게 됨으로써, 진공펌프/극저온 블로워의 고장이나 작동 불량을 사전에 방지할 수 있고 장비의 수명을 연장할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 우주환경 모사용 열진공 챔버 및 이에 사용되는 진공펌프/극저온 블로워의 개념적인 모식도이며,
도 2는 도 1의 진공펌프 내지 극저온 블로워의 냉각수 채널 내부에 스케일과 침전물 등이 침전된 상태를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프 내지 극저온 블로워의 개념도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수 자동제어장치의 구성으로 냉각수 채널 세척을 위한 장치가 구비된 모습이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은, 우주환경을 모사하는 열진공챔버 내부로 기체질소를 공급하는 진공펌프 또는 극저온 블로워(B)의 냉각수 채널의 스케일을 포함한 침전물 쌓임 정도를 감지하는 것이며, 이를 위해 냉각수 배출통로에 유량스위치를 구비하여 배출통로를 흐르는 유량의 정도가 어느 수치 이하이면 냉각수 채널 내부의 스케일과 침전물 등을 세척하도록 하는 것이며, 이를 자동으로 실행할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프 내지 극저온 블로워의 개념도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수 자동제어장치의 구성으로 냉각수 채널 세척을 위한 장치가 구비된 모습이다.

본 발명의 구성을 보면, 열진공 챔버(미도시)로 온도 제어를 위한 유체를 공급하는 진공펌프(또는 극저온 블로워, 이하 '진공펌프 등'이라 함)(B)를 구비하고, 상기 진공펌프로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(10)과 상기 진공펌프 등으로부터 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(20)을 갖는다. 그리고, 본 발명은 상기 냉각수 공급관(10)을 개폐하는 제1개폐밸브(15)와 상기 냉각수 배출관(20)을 개폐하는 제2개폐밸브(25)를 구비한다

상기 냉각수 공급관(10)과 냉각수 배출관(20)의 타단에는 별도의 냉각수 공급장치(미도시)와 연결되고, 냉각수 공급장치에 의해 냉각수는 진공펌프 등의 내부로 순환하게 된다. 그리고, 진공펌프 등의 내부에는 냉각수가 흐르는 채널이 형성되어 있어서, 냉각수는 상기 채널로 유동하면서 냉각하게 된다.

그리고, 상기 냉각수 배출관(20)에는 내부를 흐르는 냉각수의 유량이 일정 수준이하인지 여부를 감지하는 제1유량스위치(S1)와 제2유량스위치(S2)가 구비된다.

본 발명은 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수시기(냉각수 채널 세척시기)를 결정하는 방법으로 상기 유량스위치를 이용하고 유량스위치가 감지한 유량이 일정 수준 이하이면 알람이나 정지 등 특정 제어명령을 내리는 제어부가 구비된다. 즉, 상기 제1유량스위치(S1)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제1유량 이하임을 감지하면, 제어부가 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리는 경고단계를 거치게 되고, 상기 제2유량스위치(S2)가 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제2유량 이하임을 감지하면, 상기 제어부가 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 정지단계로 나아간다.

여기서 상기 경고단계와 진공펌프 등을 정지시키는 정지명령을 내리는 유량의 수준은 상황에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 하나의 예로서 상기 제1유량은 상기 냉각수 배출관(20)을 흐르는 정상유량의 50%이며, 상기 제2유량은 상기 냉각수 배출관(20)을 흐르는 정상유량의 10%일 수 있다.

또한, 본 발명은 진공펌프나 극저온 블로워에서 내부 냉각수 채널에 스케일이 적층되어 유량이 적절 수준으로 흐르지 못하는 경우 자동으로 이를 감지하여 세척 동작이 수행되도록 하는 제어장치를 구비할 수 있다.

상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하면 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리고, 상기 제2유량스위치(S2)가 제2유량 이하임을 감지하면 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 제어부;로 이루어지는, 인공위성 열진공 챔버용 진공펌프 내지 블로워의 유지보수 자동제어장치를 제공한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 진공펌프 등의 내부 냉각수 채널을 세척할 수 있는 세척모듈(A)을 구비할 수 있다.

상기 세척모듈(A)은, 상기 냉각수 공급관(10)에 압축기체를 공급하는 제1세척공급관(30)과, 상기 냉각수 공급관(10)에 세척수를 공급하는 제2세척공급관(40)과, 상기 냉각수 배출관(20)에 일단이 연결된 세척배출관(50)과, 상기 제1세척공급관(30), 제2세척공급관(40), 및 세척배출관(50) 각각을 개폐하는 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)로 이루어진다. 여기서, 상기 제1세척공급관(30)과 제2세척공급관(40)은 합류하여 상기 냉각수 공급관(10)에 연결된다.

본 발명은, 세척모듈을 포함한 자동제어장치로서 진공펌프 내지 블로워의 유지보수(냉각수 채널 세척) 자동제어방법을 제공한다. 먼저, 상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하면, 자동세척을 위한 알람이 울리면서, 아래 각 단계를 자동으로 또는 수동으로 수행하게 된다.

제1단계: 상기 진공펌프 내지 블로워의 작동을 중지시키고, 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 닫는다.

제2단계: 상기 제1세척밸브(35) 및 제3세척밸브(55)를 개방하고, 제1세척공급관(30)으로 압축기체를 공급한다.

제3단계: 상기 제1 및 제3세척밸브(35,55)를 닫고, 상기 제2세척밸브(45)를 개방하여 상기 제2세척공급관(40)으로 세척수를 공급하여 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일을 불리는 과정이다.

제4단계: 상기 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 개방하여 압축기체와 세척수를 동시에 공급하여 상기 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일을 제거한다.

제5단계: 상기 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 닫고, 상기 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 개방하여 진공펌프 내지 블로워를 재가동한다.

여기서, 상기 2단계 내지 제4단계가 3 내지 4회 반복 시행하여 냉각수 채널에 존재하는 스케일과 침전물을 완전히 제거하는 것이 좋고, 상기 제2단계에서, 상기 압축기체는 5 bar이상의 질소 또는 공기이다.

본 발명은, 상기 구성에 의해서, 열진공 챔버용 진공펌프 내지 극저온 블로워의 냉각수 채널의 오염 내지 스케일과 침전물 누적을 방지할 수 있어서 진공펌프 등의 고장이나 작동 불량을 사전에 방지할 수 있고 수명을 연장할 수 있는 효과가 발생한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

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인공위성의 열진공 시험을 위한 열진공챔버 내부로 유체를 공급하며, 내부에는 냉각을 위한 냉각수 채널을 구비한 진공펌프 내지 극저온 블로워의 유지보수 자동제어장치의 제어방법으로서,
상기 유지보수 자동제어장치는,
상기 냉각수 채널로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(10); 상기 냉각수 채널에서 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(20); 상기 냉각수 공급관을 개폐하는 제1개폐밸브(15); 상기 냉각수 배출관을 개폐하는 제2개폐밸브(25); 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제1유량 이하임을 감지하는 제1유량스위치(S1); 상기 냉각수 배출관(20)에 구비되어 상기 냉각수 배출관을 흐르는 유량이 제2유량 이하임을 감지하는 제2유량스위치(S2); 상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하면 진공펌프 내지 극저온 블로워 유지보수를 위한 알람을 울리고, 상기 제2유량스위치(S2)가 제2유량 이하임을 감지하면 상기 진공펌프 내지 극저온 블로워를 비상정지 명령을 내리는 제어부; 상기 냉각수 공급관(10)에 압축기체를 공급하는 제1세척공급관(30); 상기 냉각수 공급관(10)에 세척수를 공급하는 제2세척공급관(40); 상기 냉각수 배출관(20)에 일단이 연결된 세척배출관(50); 상기 제1세척공급관(30), 제2세척공급관(40), 및 세척배출관(50) 각각을 개폐하는 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55);를 구비하고,
상기 제1세척공급관(30)과 제2세척공급관(40)은 합류하여 상기 냉각수 공급관(10)에 연결되며,
상기 제1유량스위치(S1)가 제1유량 이하임을 감지하면, 냉각수 채널 세척을 위한 알람이 울리면서, 상기 진공펌프 내지 블로워의 작동을 중지시키고, 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 닫는 제1단계;
상기 제1세척밸브(35) 및 제3세척밸브(55)를 개방하고, 제1세척공급관(30)으로 압축기체를 공급하는 제2단계;
상기 제1 및 제3세척밸브(35,55)를 닫고, 상기 제2세척밸브(45)를 개방하여 상기 제2세척공급관(40)으로 세척수를 공급하여 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일과 침전물을 불림하는 제3단계; 및
제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 개방하여 압축기체와 세척수를 동시에 공급하여 상기 진공펌프 내지 블로워 내부 스케일과 침전물을 제거하는 제4단계;를 포함하며,
상기 제2단계 내지 제4단계가 3 내지 4회 반복 시행되는 것을 특징으로 하는 자동제어방법.
삭제
제7항에 있어서,
상기 제2단계에서,
상기 압축기체는 5 bar이상의 질소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 자동제어방법.
제7항에 있어서,
상기 제1세척밸브(35), 제2세척밸브(45) 및 제3세척밸브(55)를 모두 닫고,
상기 제1 및 제2개폐밸브(15,25)를 개방하여 진공펌프 내지 블로워를 재가동하는 제5단계;를 포함하는 자동제어방법.