KR102462232B1 - 열진공 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버는, 챔버 하우징; 상기 챔버 하우징의 내부에 원통형으로 구비된 슈라우드; 및 상기 슈라우드에 구비된 히트 파이프부를 포함한다.

Description

열진공 챔버{THERMAL VACCUM CHAMBER}
본 발명은 열진공 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슈라우드를 구비한 열진공 챔버에 관한 것이다.
열진공 챔버는 위성체가 우주 궤도상에서 겪게 되는 극저온 및 고온의 환경을 지상에서 모사하는 시험 장치이다. 이때 열진공 챔버의 내부의 온도를 조절하기 위해 원통형의 슈라우드(Shroud)가 설치된다.
슈라우드는 일종의 판형 열교환기로서, 높은 열제어 효율과 온도 균일성을 필요로 하는 열제어기 및 열교환기에 모두 응용될 수 있다. 이에 따라 열진공 챔버 관련 산업뿐만 아니라 플랜트, 발전 설비, 냉동기, 전기 전자 장치 등 이미 활성화 되어 있는 기존 시장에도 폭넓게 적용될 수 있는 기술이다.
열진공 챔버용 슈라우드는 일종의 판형 열교환기로서, 슈라우드 내부에 형성된 유로에 액체 및 기체 질소를 흘려주어 열진공 챔버 내부에 위치하는 위성 부품 및 시스템을 가열 및 냉각할 수 있다.
다만 열진공 시험의 안정성 및 신뢰도를 향상시키기 위해서는 슈라우드의 온도를 설정한 값에 맞춰 일정하게 유지하고 슈라우드가 높은 온도 균일성(Temperature Uniformity)를 갖는 것이 중요하다. 하지만 기존 열진공 챔버용 슈라우드는 열교환기라는 특성으로 인해 내부 유로의 디자인, 사용되는 냉매의 물성, 냉매를 공급하는 압력 및 유량 등 사용 조건에 따라 열제어 효율이 저하되고 온도 균일성이 확보되기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 균일한 온도를 유지할 수 있는 슈라우드 구조를 가진 열진공 챔버를 제공하는 것이다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버는, 챔버 하우징; 상기 챔버 하우징의 내부에 원통형으로 구비된 슈라우드; 및 상기 슈라우드에 구비된 히트 파이프부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는 상기 슈라우드의 원통형 표면을 덮도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는, 히트 파이프가 상기 슈라우드의 원통형 표면을 따라 복수개의 굴곡부를 교대로 가지도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는 구리로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는 상기 슈라우드와 브레이징으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부는 상기 슈라우드와 용접으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 슈라우드의 내부에는 유로가 형성되고, 상기 유로에는 액체 및 기체 질소가 유동하며 상기 슈라우드 내부에 위치하는 위성 부품을 가열 또는 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에서, 상기 히트 파이프부의 파이프 내부에는 액체와 기체가 차례로 배열되는 슬러그 트레인 유닛(Slug-train Unit)이 형성될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버는, 슈라우드에 장착된 진동형 히트 파이프의 내부에서 빠르게 진동하는 냉매의 열 분산 특성으로 인해 매우 높은 열제어 효율과 온도 균일성을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 열진공 챔버의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 슈라우드를 덮고 있는 히트 파이프를 펼친 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 B 부분으로, 히트 파이프의 내부를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
참고로, 본 명세서에서 특별히 한정하지 않는 한, 주행 방향은 X축 방향, 폭 방향은 Y축 방향, 높이 방향은 Z축 방향에 각각 대응될 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 열진공 챔버의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열진공 챔버는, 챔버 하우징(100), 챔버 하우징(100)의 내부에 원통형으로 구비된 슈라우드(200) 및 슈라우드(200)에 구비된 히트 파이프부(300)를 포함한다.
챔버 하우징(100)은 중공의 원통형으로 형성될 수 있다. 챔버 하우징(100)의 내부 공간을 통해 우주에서의 열 환경 및 진공 환경을 모사할 수 있는 열진공 시험이 이루어질 수 있도록 한다. 챔버 하우징(100)의 전후단에는 위성 부품의 인입 또는 인출을 위한 개구부가 형성될 수 있다.
슈라우드(200)는 챔버 하우징(100)의 내부에 배치될 수 있다. 슈라우드(200)는 중공의 원통 형상으로 형성된 챔버 하우징(100)의 내측면과 대응되도록 형성될 수 있다.
슈라우드(200)는 슈라우드(200) 내부에 배치된 위성 부품(P)을 가열 또는 냉각하여 위성 부품(P)이 우주 궤도상에서 겪게 되는 극저온 및 극고온 환경을 모사할 수 있다.
또한 슈라우드(200)를 통해, 챔버 하우징(100) 및 챔버 하우징(100)의 내부에 배치된 슈라우드(200)의 2중 챔버 구조로, 챔버 내부의 진공 상태 유지를 통해 열적 기밀성을 향상시킬 수 있다.
슈라우드(200)의 내부에는 유로(210)가 구비될 수 있다. 유로(210)에는 액체 질소 및 기체 질소가 유동함으로써 슈라우드(200) 내부에 위치하는 위성 부품을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 이를 통해 위성 부품(P)이 우주 궤도 상에서 겪게 되는 극저온 및 극고온 환경을 마련하여 열진공 시험이 가능한 환경을 마련할 수 있다. 일 실시예로, 슈라우드(200)의 내측면은 복사열의 전달을 향상시키기 위해 검은색 물질로 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 슈라우드(200)는 상기 유로(210)와 함께 히트 파이프부(300)를 구비한다. 히트 파이프부(300)는 진동형 히트 파이프(PHP, Pulsating Heat Pipe)를 포함할 수 있다.
진동형 히트 파이프로 형성된 히트 파이프부(300)는 별도의 구동 장치나 복잡한 구조를 갖지 않고도 모세관들의 다발로만 이루어질 수 있으며, 히트 파이프부(300)에 열이 가해지면 파이프 내부에서 빠르게 진동하는 냉매의 열 분산 특성으로 인해 매우 높은 열제어 효율과 온도 균일성을 가질 수 있다.
히트 파이프부(300)는 슈라우드(200)의 원통형 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 히트 파이프부(300)는, 히트 파이프부(300)가 슈라우드(200)의 원통형 표면을 따라 복수개의 굴곡부를 교대로 가지도록 배치될 수 있다.
히트 파이프부(300)가 슈라우드(200)의 표면을 덮도록 형성됨으로써, 히트 파이프부(300)를 통해 슈라우드(200)의 온도를 설정한 값에 맞춰 일정하게 유지시킬 수 있으며, 슈라우드(200)가 높은 온도 균일성(Temperature Uniformity)를 갖도록 함으로써, 슈라우드(200) 내부에 위치하는 위성 부품(P)이 우주 환경에 모사되어 보다 정밀한 열진공 시험이 가능토록 할 수 있다.
일 실시예로, 히트 파이프부(300)는 구리 또는 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다. 슈라우드(200)는 강성 확보와 부식 방지를 위해 스테인리스 스틸로 제조될 수 있으며, 히트 파이프부(300)가 스테인리스 스틸로 제조된 경우 스테인리스 스틸 간의 동종 금속 접합으로 인해 용접이 쉽고 빠르게 이루어질 수 있다. 또한 브레이징(Brazing)으로 슈라우드(200)와 히트 파이프부(300)를 결합할 경우, 슈라우드(200)의 기밀성을 확보함과 동시에 브레이징이 신속하게 이루어질 수 있다.
다른 실시예로, 히트 파이프부(300)가 열전도성이 높은 구리로 제조될 수 있으며, 구리일 경우에도 용접 또는 브레이징을 통해 슈라우드와 쉽고 빠르게 결합될 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 파이프부에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 슈라우드를 덮고 있는 히트 파이프를 펼친 모습을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 B 부분으로, 히트 파이프의 내부를 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4에 개시되어 있지 않은 구성은 도 1 및 도 2에 개시된 구성을 참조할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 파이프부(300)는, 복수의 굴곡부를 가지도록 형성되어, 슈라우드(200)의 원통형 곡면을 커버하도록 형성될 수 있다.
일 실시예로, 히트 파이프부(300)의 파이프 관들 내부를 진공 상태로 만든 후, 내부에 냉매를 일정량 채우게 되면 도 4에 도시된 바와 같이 파이프관 내부에 액체와 기체가 차례로 배열되는 슬러그 트레인 유닛(Slug Train Unit)이 형성될 수 있다. 이때 히트 파이프부(300)에 열이 가해지면 스러그 트레인 유닛을 형성하는 액체와 기체가 수십 헤르츠(Hz)의 진동 운동을 보이며 굴곡부를 가지도록 배치된 파이프 관을 통해 열을 빠르게 분산시킬 수 있으며, 이를 통해 슈라우드(200)의 온도 균일성을 확보하고 열진공 챔버를 통한 열진공 시험의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
100: 챔버 하우징
200: 슈라우드
210: 유로
300: 히트 파이프부
P: 위성 부품

Claims (9)

  1. 챔버 하우징;
    상기 챔버 하우징의 내부에 원통형으로 구비된 슈라우드; 및
    상기 슈라우드에 구비된 히트 파이프부를 포함하고,
    상기 슈라우드의 내부에는 유로가 형성되고,
    상기 유로에는 액체 및 기체 질소가 유동하며 상기 슈라우드 내부에 위치하는 위성 부품을 가열 또는 냉각하고,
    상기 슈라우드의 원통형 표면에는, 상기 슈라우드의 원통형 표면을 덮도록 형성된 히트 파이프부가 상기 유로와 함께 구비되는 열진공 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부는, 히트 파이프가 상기 슈라우드의 원통형 표면을 따라 복수개의 굴곡부를 교대로 가지도록 배치되는 열진공 챔버.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부는 구리로 제조되는 열진공 챔버.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부는 스테인리스 스틸로 제조되는 열진공 챔버.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부는 상기 슈라우드와 브레이징으로 결합되는 열진공 챔버.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부는 상기 슈라우드와 용접으로 결합되는 열진공 챔버.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 히트 파이프부의 파이프 내부에는 액체와 기체가 차례로 배열되는 슬러그 트레인 유닛(Slug-train Unit)이 형성되는 열진공 챔버.
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