KR20090032697A - 열진공챔버용 극저온유체 회수장치 - Google Patents

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KR20090032697A
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서희준
조혁진
문귀원
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Abstract

본 발명은 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 우주환경을 모사하는 열진공챔버에 있어서, LN2(액화질소)가 주입되어 우주환경을 모사한 극저온 공간을 형성하는 슈라우드; 우주환경 모사 후 슈라우드에 가득 찬 LN2를 회수하여 슈라우드로 재공급하는 LN2 저장탱크; LN2 저장탱크와 슈라우드 사이에 위치하여 LN2가 수송될 수 있도록 압력을 가하는 LN2펌프; 및 LN2탱크와 슈라우드의 사이에서 LN2가 공급 또는 회수될 수 있도록 유체가 흐르는 유로가 변경되는 사방밸브를 구비한다.
본 발명에 의하면 우주환경 모사 후에 사용된 LN2를 외부로 배출하지 않고 재사용할 수 있다.
극저온, 회수장치, 우주모사, 열진공챔버

Description

열진공챔버용 극저온유체 회수장치{Cryogenic fluid recovery apparatus for thermal vacuum chamber}
본 발명은 우주환경을 모사하는 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배출되는 극저온유체의 소모량을 줄이고 재활용할 수 있는 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에 관한 것이다.
우주환경은 고진공 환경과 태양 복사열에 의한 고온 환경 및 극저온이 반복되는 가혹한 환경이다.
위성체는 지상에서 발사되어 우주궤도에 진입한 순간부터는 계속해서 우주환경에 노출되며 이러한 가혹한 우주환경에 의해서 위성체의 주요부품에 기능장애가 초래되기도 하며, 이는 결국 임무의 실패로 이어지기도 한다.
즉, 우주환경은 지구상의 환경과는 판이하게 다르기 때문에 지상에서는 제대로 작동하는 것으로 관찰되는 위성체가 우주환경에서는 예상하지 못한 기능장애를 보일 수 있어 이와 같은 환경에 대비하는 것은 우주에서 임무를 수행하는 위성체에 있어서 매우 중요한 문제가 된다.
따라서 위성체는 지상에서 우주환경시험을 거쳐 기능 및 작동상태를 점검해 야 하며, 이를 위해서 우주환경을 모사할 수 있는 열진공챔버라고 불리는 우주환경 모사장비가 필요하다.
통상 열진공챔버는 크게 진공계와 열제어계로 구분되는데, 진공계는 열진공챔버 내부가 10-5 Torr 이하의 고진공으로 이루어질 수 있도록 진공펌프들을 구비하고, 열제어계는 -196℃ 이하의 우주 냉암흑을 모사하기 위해 액화질소(이하 ‘LN2’라 함)로 냉각되어지는 슈라우드(shroud)와 부대장치들을 구비한다.
이와 같은 우주 냉암흑 모사는 열진공챔버 내부에 설치된 슈라우드 내부에 극저온의 LN2를 가득 채움으로써 이루어진다.
도 1은 종래 사용되고 있는 열진공챔버의 열제어계(10) 개략도를 나타낸 것이다.
도 1을 참고하여 종래 열진공챔버의 열제어계(10)에 대해서 설명하면, LN2 탱크(11)로부터 유입된 차가운 기화질소(이하 ‘GN2’라 함)가 전기 히터(12)에 의해 가열되고, GN2 블로워(13)를 이용하여 슈라우드(14)에 상온의 GN2가 공급된다.
상기 GN2는 PID제어에 의해 서서히 온도가 낮아져 최종적으로 슈라우드(14)에는 -160℃까지의 GN2가 공급되어 슈라우드(14) 내부가 -160℃로 형성된다. 상기와 같이 슈라우드(14)가 -160℃ 정도로 냉각이 되면 GN2의 공급은 중단되고 LN2 저장탱크(15)에 LN2가 공급된다.
LN2가 LN2 저장탱크(15) 용적의 30% 이상 채워지면 LN2 펌프(16)를 이용하여 LN2 저장탱크(15)의 LN2를 슈라우드(14)에 공급하게 된다. 이를 통하여 열진공챔 버(10) 내부는 슈라우드(14)에 공급된 LN2의 온도에 의해 -190℃까지 냉각되어 우주 냉암흑의 효과를 모사하게 된다.
상기와 같은 방법으로 우주 냉암흑을 모사한 시험이 끝나게 되면 열진공챔버(10) 내부는 다시 상온으로 온도를 상승시켜야 하는데, 종래에는 열진공챔버(10)에서의 온도 상승을 위하여 슈라우드(14) 내부에 채워진 LN2를 기화장치(17)를 거쳐 전량을 외부로 배출시켰다.
도 1에 나타난 바와 같이, 시험이 종료되면 LN2는 밸브를 거쳐 기화장치(17)로 유입되고, 상기 기화장치(17)는 실린더형 SUS통으로 통 주위를 감싸고 있는 히터의 열로 인해 유입된 LN2가 기화되어 배기밸브를 거쳐 외부로 배출되어 진다.
즉, 종래의 열진공챔버에 있어서는 모사시험 후 슈라우드에 잔존하는 LN2를 외부에 방출하여 버릴 수밖에 없는 구조적 한계가 있어 LN2소비가 가중된다는 문제점이 있었다.
또한, 사용하고 남은 대용량의 LN2를 그대로 외부로 방출하게 되는 경우 비용적인 손실이 클 뿐만 아니라 위험할 수 있기 때문에 사용된 다량의 LN2가 외부로 배출되는 것을 방지해야 할 필요성이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 창출된 것으로서, 모사 시험 후 슈라우드 내부에 잔존하는 LN2를 재활용하여 LN2가 소모되지 않도록 한 열진공챔버용 극저온유체 회수장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열진공챔버용 극저온유체 회수장치는 우주환경을 모사하는 열진공챔버에 있어서, LN2(액화질소)가 주입되어 우주환경을 모사한 극저온 공간을 형성하는 슈라우드; 우주환경 모사 후 상기 슈라우드에 가득 찬 LN2를 회수하여 상기 슈라우드로 재공급하는 LN2 저장탱크; 상기 LN2 저장탱크와 상기 슈라우드 사이에 위치하여 LN2가 수송될 수 있도록 압력을 가하는 LN2펌프; 및 상기 LN2탱크와 상기 슈라우드의 사이에서 상기 LN2가 공급 또는 회수될 수 있도록 유체가 흐르는 유로가 변경되는 사방밸브를 구비한다.
여기서, 상기 슈라우드는 우주환경 모사에 사용되는 극저온 공간을 형성하고, 사용된 LN2가 정상부까지 가득차면 상기 LN2펌프를 이용하여 사용된 LN2를 상기 LN2 저장탱크로 배출하도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 사방밸브는 우주환경 모사 시에는 상기 LN2 저장탱크에서 상기 슈라우드로 유체가 흐르도록 유로를 형성하고, 상기 우주환경 모사가 종료된 후에는 상기 슈라우드에서 상기 LN2 저장탱크로 유체가 흐르도록 유로를 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 열진공챔버용 극저온유체 회수장치는,
첫째, 사용된 LN2를 외부로 배출하지 않고 재사용할 수 있도록 하므로 비용절감 및 LN2의 무단배출로 인한 안전문제를 해결할 수 있다.
둘째, 간단한 구조적 변경만으로 LN2의 공급과 회수를 가능하게 할 수 있어 열진공챔버에 용이하게 적용할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치를 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에서 LN2가 LN2 저장탱크에서 슈라우드로 공급되는 것을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예 에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에서 LN2가 슈라우드에서 LN2 저장탱크로 공급되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치(100)는 슈라우드(110), LN2 저장탱크(130), LN2펌프(150) 및 사방밸브(170)를 포함한다.
우주환경을 모사하기 위한 열진공챔버에 있어서, LN2탱크를 통하여 차가운 GN2가 유입되고 이를 전기히터를 통하여 가열하고, GN2 블로워를 이용하여 상온의 GN2를 상기 슈라우드(110)에 공급한다.
상기 슈라우드(110)에 공급된 GN2는 PID제어에 의하여 서서히 온도가 낮아지고, -160℃까지의 GN2가 공급되어 상기 슈라우드(110)의 내부가 -160℃로 모사된다.
상기 슈라우드(110)의 온도가 -160℃까지 냉각이 되면 GN2의 공급은 중단되고, LN2 저장탱크(130)에 LN2가 채워지게 되는데, 상기 LN2 저장탱크(130)에 LN2가 채워지는 동안 상기 슈라우드(110)는 서서히 온도가 상승하게 되므로 상기 LN2 저장탱크(130)에 일정한 용적으로 LN2가 채워지게 되면 상기 LN2 저장탱크(130)로부터 상기 슈라우드(110)로 LN2(액화질소)가 주입되어 -196℃의 우주환경을 모사한 -190℃의 극저온 공간을 형성한다.
이 때, 도 2를 참고하면, 상기 LN2펌프(150)에 의하여 압력을 받아 LN2가 상기 LN2 저장탱크(130)로부터 상기 슈라우드(110)로 공급되고, 상기 사방밸브(170)는 상기 LN2 저장탱크(130)에서 상기 슈라우드(110)로 LN2가 흐를 수 있도록 유로 를 형성한다.
상기 슈라우드(110)는 상기와 같이 LN2를 공급받아 우주환경 모사에 사용되는 극저온 공간을 형성하고, 상기 우주환경 모사가 종료된 후에는 사용된 LN2가 정상부까지 가득차면 이를 기화장치 등으로 배출하지 않고, 상기 LN2펌프(150)를 이용하여 사용된 LN2를 상기 LN2 저장탱크(130)로 배출한다.
도 3을 참고하면, 상기 슈라우드(110)에서 우주환경 모사 후 사용된 LN2가 상기 LN2펌프(150)를 이용하여 상기 LN2 저장탱크(130)로 회수되는 경우 상기 사방밸브(170)은 상기 슈라우드(110)에서 상기 LN2 저장탱크(130)로 LN2가 흐를 수 있도록 유로를 변경한다.
따라서 상기 사방밸브(170)는 우주환경 모사 시에는 상기 LN2 저장탱크(130)에서 상기 슈라우드(110)로 유체가 흐르도록 유로를 형성하고, 상기 우주환경 모사가 종료된 후에는 상기 슈라우드(110)에서 상기 LN2 저장탱크(130)로 유체가 흐르도록 유로를 형성한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 사용되고 있는 열진공챔버의 열제어계 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에서 LN2가 LN2 저장탱크에서 슈라우드로 공급되는 것을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열진공챔버용 극저온유체 회수장치에서 LN2가 슈라우드에서 LN2 저장탱크로 공급되는 것을 나타낸 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 열진공챔버용 극저온유체 회수장치
110 : 슈라우드 130 : LN2 저장탱크
150 : LN2펌프 170 : 사방밸브

Claims (3)

  1. 우주환경을 모사하는 열진공챔버에 있어서,
    LN2(액화질소)가 주입되어 우주환경을 모사한 극저온 공간을 형성하는 슈라우드;
    우주환경 모사 후 상기 슈라우드에 가득 찬 LN2를 회수하여 상기 슈라우드로 재공급하는 LN2 저장탱크;
    상기 LN2 저장탱크와 상기 슈라우드 사이에 위치하여 LN2가 수송될 수 있도록 압력을 가하는 LN2펌프; 및
    상기 LN2탱크와 상기 슈라우드의 사이에서 상기 LN2가 공급 또는 회수될 수 있도록 유체가 흐르는 유로가 변경되는 사방밸브를 구비하는 열진공챔버용 극저온유체 회수장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슈라우드는 우주환경 모사에 사용되는 극저온 공간을 형성하고, 사용된 LN2가 정상부까지 가득차면 상기 LN2펌프를 이용하여 사용된 LN2를 상기 LN2 저장탱크로 배출하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열진공챔버용 극저온유체 회수장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 사방밸브는 우주환경 모사 시에는 상기 LN2 저장탱크에서 상기 슈라우 드로 유체가 흐르도록 유로를 형성하고, 상기 우주환경 모사가 종료된 후에는 상기 슈라우드에서 상기 LN2 저장탱크로 유체가 흐르도록 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 열진공챔버용 극저온유체 회수장치.
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