KR20140037674A - 극저온 냉각 방열 배관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온 냉각 방열 배관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관 및 커넥터의 외벽 또는 내벽에 방열재를 부착한 극저온 냉각 방열 배관을 제공함으로써, 배관 내의 실링재의 과냉에 의한 변형 및 파괴를 방지함과 동시에 별도의 설비 없이 자연대기 열량으로 실링재를 보호하여 효율을 증대시키고 비용을 절감할 수 있도록 하기 위한 극저온 냉각 방열 배관에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 저온 냉매가 흐르는 제1 내벽, 제1 내벽을 환형으로 둘러싸는 제1 외벽 및 제1 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 배관프린지를 구비하고 상기 제1 외벽과 상기 제1 내벽 사이의 공간은 진공상태인 배관, 배관에 연결되는 제2 내벽, 제2 내벽을 환형으로 둘러싸는 제2 외벽 및 배관이 삽입되어 결합되고 제2 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 커넥터프린지를 구비하고 상기 제2 외벽과 상기 제2 내벽 사이의 공간은 진공상태인 커넥터, 배관프린지와 커넥터프린지 사이에 결합된 실링재, 배관프린지와 커넥터프린지를 결합하는 체결구 및 제1 외벽 및 제2 외벽의 일부에 결합되는 외부방열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관이다.

Description

극저온 냉각 방열 배관{CRYOGENIC COOLING HEAT PIPE}

본 발명은 극저온 냉각 방열 배관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관 및 커넥터의 외벽 또는 내벽에 방열재를 부착한 극저온 냉각 방열 배관을 제공함으로써, 배관 내의 실링재의 과냉에 의한 변형 및 파괴를 방지함과 동시에 별도의 설비 없이 자연대기 열량으로 실링재를 보호하여 효율을 증대시키고 비용을 절감할 수 있도록 하기 위한 극저온 냉각 방열 배관에 관한 것이다.

초전도체를 극저온으로 냉각하기 위해서는 -190℃이하의 극저온을 유지하여야 하고, -190℃이하의 극저온을 유지하기 위하여 대기열과 차단이 가능한 진공 배관을 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 진공배관을 길게 연결하여 사용하는 경우에는 비용이 많이 드는 일체형 냉각배관보다는 커넥터를 사용하여 다수의 배관을 연결하여 사용한다.

배관과 커넥터의 연결시 배관 프린지를 통하여 결합하는데, 프린지 사이의 공간에 외부의 열이 침입하거나 오염되는 것을 방지하기 위하여 실링재를 기계적으로 결합하여 배관 내부와 외부를 차단한다.

종래에는 진공배관에 극저온 냉매가 흐르게 되면 배관이 점차적으로 냉각되어 -190℃이하의 극저온을 유지하게 된다. 따라서 시간이 지날수록 커넥터와 배관의 연결부위의 실링재가 과냉각으로 인하여 변형 및 파괴가 빈번하게 발생되어 시스템이 정지되고, 다시 시스템을 재가동하여 -190℃이하의 극저온으로 재냉각하기 위한 비용, 노력 및 시간이 많이 소모되었다.

더욱이, 실링재의 변형 및 파괴가 일어나면 배관과 커넥터 사이로 틈이 생기게 되고 이 틈을 통하여 열침입이 일어나게 되어, 배관 내의 온도차이로 인하여 냉매의 순환이 정지되었다. 이에 따라 파괴된 실링재를 교체하고 냉매를 재순환 시켜야 했다.

또한, -190℃이하의 극저온 냉매가 지속적으로 순환될 경우 과냉에 의한 극저온 냉매의 막힘 현상이 발생하게 되어 이를 방지하기 위해 히터를 장치 내부에 삽입하는 등의 번거로움이 있었다.

한편, 한국공개특허공보 제2004-0001073호는 극저온 용기를 가열하기 위하여 히터를 변압기의 권선부 냉각 장치를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같은 구성에 의하더라도 히터 등 별도의 장치를 사용하여 열을 가하여야 하여 비용 및 인력이 소요되는 한계가 있다.

본 발명의 목적은, 배관 및 커넥터의 외벽 또는 내벽에 방열재를 부착하여 실링재의 과냉으로 인한 파손을 방지함으로써 배관의 내구성을 증대시키고 자연대기의 열만으로 실링재의 과냉을 방지하여 냉매의 유지비용을 절감하며, 시스템 과냉현상을 방지할 수 있는 극저온 냉각 방열 배관을 제공하고자 함에 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관은, 내부에 저온 냉매가 흐르는 제1 내벽, 제1 내벽을 환형으로 둘러싸는 제1 외벽 및 제1 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 배관프린지를 구비하고 상기 제1 외벽과 상기 제1 내벽 사이의 공간은 진공상태인 배관, 배관에 연결되는 제2 내벽, 제2 내벽을 환형으로 둘러싸는 제2 외벽 및 배관이 삽입되어 결합되고 제2 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 커넥터프린지를 구비하고 상기 제2 외벽과 상기 제2 내벽 사이의 공간은 진공상태인 커넥터, 배관프린지와 커넥터프린지 사이에 결합된 실링재, 배관프린지와 커넥터프린지를 결합하는 체결구 및 제1 외벽 및 제2 외벽의 일부에 결합되는 외부방열재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 제2 내벽의 내측면 일부에는 내부방열재가 결합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 외부방열재는 제1 외벽 및 제2 외벽의 표면 중 배관프린지 및 커넥터프린지에 근접한 위치에 결합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 외부방열재는 방사형으로 형성된 배관프린지 및 커넥터프린지의 끝단에 더 결합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 외부방열재는 제1 외벽 및 제2 외벽에 분리 및 조립결합 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 제2 내벽은 커넥터프린지에서 수직하게 연장형성되고, 일정거리 이상 연장된 후 그 두께가 더 두꺼워지는 단턱부가 형성되고, 제2 내벽의 단턱부에 제1 내벽이 맞닿는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 배관의 제1 내벽과 제2 내벽이 맞닿는 부분에는 냉매의 출입을 차단하기 위하여 결합관이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 배관 및 커넥터의 표면에 방열재를 결합함으로써 열을 차단하는 것이 아닌, 오히려 열을 방열재를 통하여 유입시켜 실링재의 과냉을 방지하는 역발상적인 구성을 통하여 배관과 커넥터 사이의 실링재의 과냉에 의한 변형 및 파괴를 방지하여 시스템의 중단 및 재가동 등의 번거로움을 해결하고 배관의 내구성 및 시스템 작동을 효율적이고 원활하게 운영할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외부의 인위적인 열원이 아닌, 자연대기 내부에 포함된 열량에 의하여 실링재의 과냉을 방지할 수 있기 때문에 제작 비용 및 냉매 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 인력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 일체형의 제작이 아닌 분리 제작 및 결합이 용이하여 종래의 배관에 비하여 내구성이 크게 증가되고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 장시간 사용시에도 과냉에 의한 손상이 최소화되어 보수비용을 절감함과 동시에, 열공급의 에너지원이 자연대기이므로 유지비용이 들지 않아 효율의 안정성을 크게 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 극저온 냉매의 지속적인 순환으로 인하여 시스템이 과냉되어 막힘현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 히터 등의 별도의 시스템을 구축하지 않아도 되는 바 제작비용을 최소화하면서 극저온 냉매 순환의 열평형을 배관 자체에서 제공함으로써 안정적인 극저온 냉매의 순환에 큰 효과가 있다.

또한, 배관 전체가 아닌 배관과 커넥터의 연결부위에만 선택적으로 대기의 열을 추가적으로 받아들일 수 있게 하여 열침입을 방지하는 것이 아닌 열침입을 수용하여 실링재의 과냉 방지 및 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 방열재 결합 전의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배관과 커넥터의 결합을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 방열재 결합 전, 후의 단면도이다.

본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관은 극저온 냉매가 흐르는 배관(100)과 배관(100)을 끼우는 커넥터(200), 배관(100)과 커넥터(200) 사이에 결합되는 실링재(300) 및 외부방열재(400)를 포함한다.

배관(100)은 중앙부에 냉매관(110) 및 이를 둘러싸는 진공배관(120)을 포함한다. 배관(100)은 원기둥 형상으로 형성되며 제1 외벽(102) 및 제1 내벽(101)으로 둘러싸여 있다. 배관(100)의 중앙부에 형성된 냉매관(110)은 제1 내벽(101)으로 둘러싸여 있는 원기둥의 형상으로, 냉매관(110) 내에는 극저온의 냉매가 흐른다. 제1 내벽(101)은 -190℃이하의 극저온 냉매가 순환 가능하도록 열충격에 강한 금속재질의 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

복수의 배관(100)을 원하는 길이만큼 결합하기 위하여 원기둥형의 냉매관(110)의 길이방향에 수직하는 방향으로 배관프린지(130)가 형성된다. 배관프린지(130)는 냉매관(110)의 제1 내벽(101)에 돌출 결합되어 한 쌍 혹은 냉매관(110)의 둘레를 따라 원형으로 형성되며, 한 쌍 혹은 원형의 배관프린지(130)는 냉매관(110)의 제1 내벽(101)으로부터 방사형으로 연장형성되어 서로 대응되게 배치된다.

진공배관(120)은 냉매관(110)을 둘러싸는 원기둥 형상의 관으로 형성된다. 즉, 진공배관(120)은 냉매관(110)의 제1 내벽(101)과 원기둥형의 제1 외벽(102)의 사이에 형성된다.

진공배관(120)의 내부는 진공으로 형성되며, 이는 극저온 냉매가 냉매관(110) 통과시 열손실을 최소화하도록 하기 위함이다. 진공배관(120) 내부에 공기가 흐르는 경우, 대류현상에 의하여 열이 빠져나가고 쉽게 유입되므로 진공배관(120) 내부는 진공처리하여 열전달이 최소화됨으로써 열손실을 최소화할 수 있다.

또한, 제1 외벽(102)은 -190℃이하의 극저온 냉매가 순환 가능하도록 열충격에 강한 금속재질의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

커넥터(200)는 냉매관(110)이 삽입될 수 있도록 냉매관(110)의 직경보다 약간 큰 직경의 내경을 갖는 원기둥 형상으로 형성된다. 즉, 커넥터(200)의 제2 내벽(201)에 냉매관(110)의 제1 내벽이 삽입됨으로써 커넥터(200)와 냉매관(110)이 결합되어 복수 개의 배관(100)을 연결하여 원하는 길이의 배관길이로 제작할 수 있다.

커넥터(200)는 원기둥 형상의 냉매관(110)을 둘러싸도록 형성된 진공커넥터(210)를 포함한다.

진공커넥터(210)는 커넥터(200)의 최외각을 둘러싸는 원기둥형상의 관으로 형성된다. 즉, 진공커넥터(210)는 제2 내벽(201)과 제2 내벽(201)보다 내경이 큰 제2 외벽(202)으로 둘러싸여 있다.

진공커넥터(210)는 냉매관(110)의 일부를 둘러싸도록 냉매관(110)을 구성하는 제2 내벽(201)의 내경보다 큰 내경을 가진 원기둥 형상으로 형성되며, 진공커넥터(210)의 내부는 진공으로 형성된다. 이는 극저온 냉매가 냉매관(110) 통과시 열손실을 최소화하도록 하기 위함이다.

진공커넥터(210) 내부에 공기가 흐르는 경우, 대류현상에 의하여 열이 빠져나가고 쉽게 유입될 수 있는 문제가 있으므로, 진공커넥터(210) 내부는 진공처리하여 열전달이 최소화됨으로써 열손실을 최소화할 수 있다.

또한, 진공커넥터(210)를 구성하는 제2 외벽(202) 및 제2 내벽(201)는 -190℃이하의 극저온 냉매가 순환 가능하도록 열충격에 강한 금속재질의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

복수의 배관(100)을 원하는 길이만큼 결합하기 위하여 원기둥형의 진공커넥터(210)의 길이방향에 수직하게 커넥터프린지(220)가 형성된다. 커넥터프린지(220)는 커넥터(200)의 외벽에 돌출되도록 결합되어 한 쌍 혹은 커넥터(200)의 둘레를 따라 원형으로 형성되며, 한 쌍의 커넥터프린지(220)는 커넥터(200)로부터 방사형으로 연장형성되어 서로 대응되게 배치된다.

배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 각각 한 쌍으로 형성될 수도 있고, 원형으로 형성될 수도 있다.

배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)가 각각 한 쌍으로 형성될 경우, 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 냉매관(110)의 길이방향에 수직하는 방향으로 형성되며, 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 같은 방향으로 대칭되도록 방사형으로 연장 형성된다. 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 완전히 밀착하지 않으며, 소정의 이격거리를 두고 마주보게 형성된다.

또한, 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)가 원형으로 형성될 경우에는 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)가 같은 직경을 가진 원형으로 형성되어 배관(100)의 둘레방향으로 원을 형성하며, 그 원의 반지름은 진공배관(120)의 내경보다 크게 형성된다. 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 완전히 밀착하지 않으며, 소정의 이격거리를 두고 마주보게 형성된다.

제2 내벽(201)은 커넥터프린지(220)로부터 수직으로 연장형성되다가, 일정 거리 이상 연장되면 냉매관(110)방향으로 돌출 형성된 단턱부가 형성된다. 단턱부는 냉매관(110)의 길이방향으로 연장형성되며, 두께가 다른 제2 내벽(201) 부분보다 더 두꺼워진다. 제2 내벽(201)의 단턱부는 배관프린지(130)로부터 수직으로 연장형성된 제1 내벽(101)과 맞닿는다.

배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)는 체결구(500)에 의하여 결합된다. 즉, 체결구(500)가 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)에 수직하는 방향으로 관통하여 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)를 결합 고정한다. 체결구(500)에 의하여 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)가 결합 및 고정됨으로써 배관(100)과 커넥터(200)가 완전히 결합되어 고정된다.

체결구(500)는 볼트와 너트로 구성된다. 즉 볼트가 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)를 관통하고, 너트가 배관프린지(130) 외측과 커넥터프린지(220) 외측에 각각 1개씩 결합되어 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)를 결합 및 고정한다.

배관(100)과 커넥터(200)가 결합되고, 그에 따라 제1 내벽(101)과 제2 내벽(201)의 사이에는 연결관(310)이 형성된다. 연결관(310)은 원기둥 형상으로 형성된다..

실링재(300)는 연결관(310) 내부에서, 배관프린지(130)와 커넥터프린지(220)의 사이에 결합된다. 실링재(300)는 외부와 연결된 연결관(310)을 통하여 오염물질이나 열이 냉매관(110)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 결합된다

실링재(300)는 조립 및 분해가 용이한 소재의 오링이 사용될 수 있다. 연결관(310) 내부에는 실링재(300) 연결을 위한 가공면이 구성되고, 볼트나 클램프 등의 기계적인 결합을 통하여 실링재(300)가 연결관(310) 내부에 결합된다.

연결관(310)의 끝단, 즉 제1 내벽(101)과 제2 내벽(201)이 맞닿는 부분에는 결합관(600)이 결합된다. 결합관(600)은 PTFE 등으로 구성될 수 있다.

배관(100)과 커넥터(200)의 결합으로 인하여 제1 내벽(101)과 제2 내벽(201)이 맞닿는 부분에 틈이 생기는 경우가 있고, 냉매관(110)에 흐르던 극저온 냉매가 작은 공간을 통하여 연결관(310)에 유입될 수 있다.

극저온 냉매가 연결관(310)에 유입되는 경우, 실링재(300)로 극저온 냉매가 역류하여 실링재(300)가 과냉 등으로 인하여 파손될 우려가 있고, 실링재(300)의 파손시 시스템이 정지되고 이에 따라 재가동하여야 하는 등의 번거로움 및 인력 소모가 발생한다.

따라서, 냉매관(110)에 흐르던 극저온 냉매가 연결관(310)에 유입되지 않도록 결합관(600)을 결합한다.

배관(100) 및 커넥터(200)의 외벽에는 외부방열재(400)가 결합될 수 있다. 즉, 제1 외벽(102) 및 제2 외벽(202)에 외부방열재(400)가 결합된다. 외부방열재(400)는 배관(100) 및 커넥터(200)가 외부 공기와 맞닿는 부분에 결합된다.

특히. 외부방열재(400)는 실링재(300)가 결합된 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220) 부근에 결합된다. 즉, 제1 외벽(102) 및 제2 외벽(202)에 결합될 수 있다. 좀 더 구체적으로는 배관프린지(130)를 기준으로 제1 외벽(102)에 외부방열재(400)가 결합되되, 냉매관(110)의 직경의 1~1.5배 길이만큼의 거리까지 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 커넥터프린지(220)를 기준으로 제2 외벽(202)에 외부방열재(400)가 결합되되, 냉매관(110)의 직경의 2~5배 길이만큼의 거리까지 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 외부방열재(400)는 진공배관(120) 외벽, 즉 제1 외벽(102)에만 결합될 수도 있다. 또는 진공커넥터(210) 외벽, 즉 제2 외벽(202)에만 결합될 수도 있다. 또는 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)의 외벽에 결합될 수도 있다.

외부방열재(400)는 제1 외벽(102)과 제2 외벽(202) 뿐만 아니라, 커넥터프린지(220)와 배관프린지(130)의 끝단에도 결합될 수 있다. 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)에 외부방열재(400)가 결합되는 경우, 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)의 끝단, 즉 배관(100)의 길이방향에서 가장 멀리 떨어진 끝단에 외부방열재(400)가 결합된다.

제1 외벽(102) 및 제2 외벽(202)에 외부방열재(400)가 결합됨에 따라 외부방열재(400)가 대기의 열량을 흡수하여 실링재(300)로 전달함으로써, 실링재(300)의 과냉에 의한 변형 및 파괴를 방지하여 제작 및 냉매 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 자연 대기에 의하여 시스템이 과냉되어 막히는 현상을 해결할 수 있게 됨으로써, 별도의 히터 등의 장비를 장착하는 번거로움을 해소할 수 있으며 제조비용을 최소화하면서 극저온 냉매 순환의 열평형을 배관자체에서 제공함으로써 안정적인 냉매 순환에 큰 효과가 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 작동원리를 설명한다.

배관(100)의 중앙부에 형성된 냉매관(110)에는 초전도체를 극저온의 온도로 유지하기 위하여 -190℃이하의 극저온 냉매가 흐른다. 극저온 냉매는 항상 일정 온도 이하의 극저온 상태를 유지하여야 하므로 외부의 열의 유입을 차단하여야 할 필요성이 있다.

따라서, 배관(100)의 최외각에는 내부가 진공상태인 진공배관(120)을 형성하여 외부의 열의 유입 및 복사를 차단한다. 또한, 커넥터(200)의 최외각에는 내부가 진공상태인 진공커넥터(210)를 형성하여 외부의 열의 유입 및 복사를 차단한다.

이와 같이, 진공배관(120) 및 진공커넥터(210)를 연결함으로써 외부의 대기의 열이 냉매관(110)으로 전달되는 것을 차단하여 냉매관(110)에 흐르는 극저온 냉매가 -190℃이하의 극저온을 유지할 수 있도록 할 수 있다.

냉매관(110)에 극저온 냉매가 흐름에 따라, 제1 내벽(101)과 제2 내벽(201)의 사이에 형성되는 연결관(310)과 냉매관(110)이 만나는 부위로 일부 냉매가 유입되게 된다. 이를 차단하기 위하여 제1 내벽(101)과 제2 내벽(201)이 만나는 부분에 결합관(600)을 결합하여 냉매 및 열의 유입을 차단한다.

그러나 이와 같이 결합관(600)을 이용하여 연결관(310)으로 냉매가 유입되는 것을 차단하더라도 냉매 혹은 냉기가 연결관(310)을 통하여 전달될 수 있고, 이에 따라 연결관(310)에 결합된 실링재(300)가 냉매 혹은 냉기에 의하여 과냉될 수 있다.

따라서 배관(100)의 외측 둘레인 제1 외벽(102) 및 커넥터(200)에 형성된 제2 외벽(202)에 외부방열재(400)를 부착하여 외부의 열을 유입한다.

외부방열재(400)는 제1 외벽(102)의 외측벽에만 결합될 수도 있고, 제2 외벽(202)의 외측벽에만 결합될 수도 있다. 또한 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)에만 결합될 수도 있다. 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)에 외부방열재(400)가 결합되는 경우, 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)의 끝단, 즉 배관(100)의 길이방향에서 가장 멀리 떨어진 끝단에 외부방열재(400)가 결합된다.

이와 같이 외부의 열을 유입하여 실링재(300)의 과냉을 방지함에 따라 별도의 히터 등의 장치 없이 자연대기의 열량만으로 실링재(300)의 과냉을 방지할 수 있어 별도의 인력 또는 설비비가 들지 않고 장기간 사용에도 유지비가 들지 않으며 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 실링재(300)의 과냉에 의한 파손시 시스템이 정지되어 이를 재가동하여야 하고, 재가동 과정에서 냉매의 온도를 다시 극저온으로 유지하여야 하는데, 외부 대기의 열량을 유입하여 실링재(300)의 과냉을 방지함으로써 실링재(300)의 파손에 따른 불편을 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따른 배관과 커넥터의 결합을 나타내는 구성도이다.

배관(100)은 중앙부에 돌출된 냉매관(110) 양측으로 배관프린지(130)가 형성된다. 즉, 제1 내벽(101) 및 제1 외벽(102)에 수직하는 방향으로 배관프린지(130)가 형성된다.

또한, 커넥터(200)는 중앙에 삽입부가 형성되고 그 양측으로 커넥터프린지(220)가 형성된다. 즉, 제2 내벽(201) 및 제2 외벽(202)에 수직하는 방향으로 커넥터프린지(220)가 형성된다.

배관(100)의 돌출된 냉매관(110)이 커넥터(200)의 삽입부로 삽입되어 결합되고, 각각 배관(100)에 형성된 배관프린지(130) 및 커넥터프린지(220)가 체결구(500)에 의하여 결합되어 고정된다.

이와 같이 배관(100)과 커넥터(200)를 이용하여 결합함으로써, 원하는 길이의 냉각 방열 배관을 제작할 수 있고, 배관(100)과 커넥터(200) 사이로 열량이 일부 유입되어, 배관프린지와 커넥터프린지 사이에 결합된 실링재의 과냉을 방지할 수 있다.

또한 실링재의 과냉 방지로 인하여 시스템의 원활한 작동 및 인력절감의 효과가 발생하고, 불필요한 에너지 소모 및 인력낭비를 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.

제2 실시예에 따르면, 배관(100) 및 커넥터(200)의 표면에 결합되는 외부 방열재(400) 뿐만 아니라, 배관(100)과 커넥터(200)의 결합부분에 형성되는 연결관(310) 내벽에 내부방열재(410)를 결합한다. 즉, 제2 내벽(201)에 내부방열재(410)가 결합된다.

이와 같이 연결관(310)에 내부방열재(410)를 결합함에 따라 외부 대기 환경에서의 열침입을 연결관(310)의 실링재(300) 주변에 가깝게 분산 전달할 수 있는 효과가 있다. 또한, 외부방열재(400)의 대기 열 유입 효과와 더불어, 내부로 유입된 열 또한 내부방열재(410)가 실링재(300)로 전달함으로써 실링재(300)의 과냉을 좀 더 효과적으로 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.

제3 실시예에 따르면 외부방열재(400)는 배관(100)의 외벽 전부 또는 일부에만 결합될 수 있고, 커넥터(200)의 외벽 전부 또는 일부에만 결합될 수도 있다. 또한, 외벽 및 커넥터(200)의 외벽 전부 또는 일부에만 결합될 수도 있다.

또한, 외부방열재(400)는 배관(100) 및 커넥터(200)의 외벽의 전부 또는 일부에 분리 및 조립결합 가능하다. 이와 같이 외부방열재(400)가 배관(100)이나 커넥터(200)에 조립분리형으로 설치가 가능함에 따라 선택적으로 과냉각이 큰 연결부위에만 분리된 외부방열재(400)를 조립하여 결합하는 것이 가능하다.

또한, 외부방열재(400)가 배관(100)이나 커넥터(200)에 조립분리형으로 설치가 가능함에 따라 배관(100)의 열침입량을 조절 가능하기 때문에 배관(100)이 설치되는 주변 온도 및 환경에 따라 다양한 방법으로 적용이 가능한 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 극저온 냉각 방열 배관의 단면도이다.

제4 실시예에 따르면 외부방열재(400)는 배관(100)과 커넥터(200)의 외벽 전부에 결합될 수 있다.

이와 같이 배관(100)과 커넥터(200)의 표면 전부에 걸쳐 외부방열재(400)가 결합됨에 따라 배관(100)이 상시 과냉각되어 냉매가 어는 공간이 많이 발생할 경우 배관(100) 및 커넥터(200) 전역에 열침입을 빠르게 증가시켜 배관(100) 및 커넥터(200) 내부에 열순환을 원활히하여 냉매가 어는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이에 따라 냉매의 과냉에 의해 어는 것에 따른 시스템의 작동 정지 및 재가동 등의 오작동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 배관 및 커넥터의 표면에 방열재를 결합함으로써 열을 차단하는 것이 아닌, 오히려 열을 방열재를 통하여 유입시켜 실링재의 과냉을 방지하는 역발상적인 구성을 통하여 배관과 커넥터 사이의 실링재의 과냉에 의한 변형 및 파괴를 방지하여 시스템의 중단 및 재가동 등의 번거로움을 해결하고 배관의 내구성 및 시스템 작동을 효율적이고 원활하게 운영할 수 있는 효과가 있다. 또한, 외부의 인위적인 열원이 아닌, 자연대기 내부에 포함된 열량에 의하여 실링재의 과냉을 방지할 수 있기 때문에 제작 비용 및 냉매 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 인력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 일체형의 제작이 아닌 분리 제작 및 결합이 용이하여 종래의 배관에 비하여 내구성이 크게 증가되고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 장시간 사용시에도 과냉에 의한 손상이 최소화되어 보수비용을 절감함과 동시에, 열공급의 에너지원이 자연대기이므로 유지비용이 들지 않아 효율의 안정성을 크게 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 극저온 냉매의 지속적인 순환으로 인하여 시스템이 과냉되어 막힘현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 히터 등의 별도의 시스템을 구축하지 않아도 되는 바 제작비용을 최소화하면서 극저온 냉매 순환의 열평형을 배관 자체에서 제공함으로써 안정적인 극저온 냉매의 순환에 큰 효과가 있다. 또한, 배관 전체가 아닌 배관과 커넥터의 연결부위에만 선택적으로 대기의 열을 추가적으로 받아들일 수 있게 하여 열침입을 방지하는 것이 아닌 열침입을 수용하여 실링재의 과냉 방지 및 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 배관 101: 제1 내벽
102: 제1 외벽 110: 냉매관
120: 진공배관 130: 배관프린지
200: 커넥터 201: 제2 내벽
202: 제2 외벽 210: 진공커넥터
220: 커넥터프린지 300: 실링재
310: 연결관 400: 외부방열재
410: 내부방열재 500: 체결구
600: 결합관

Claims (7)

1. 내부에 저온 냉매가 흐르는 제1 내벽, 상기 제1 내벽을 환형으로 둘러싸는 제1 외벽 및 상기 제1 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 배관프린지를 구비하고 상기 제1 외벽과 상기 제1 내벽 사이의 공간은 진공상태인 배관;
   상기 배관에 연결되는 제2 내벽, 상기 제2 내벽을 환형으로 둘러싸는 제2 외벽 및 상기 배관이 삽입되어 결합되고 상기 제2 내벽의 길이방향에 수직하는 방향으로 연장된 커넥터프린지를 구비하고 상기 제2 외벽과 상기 제2 내벽 사이의 공간은 진공상태인 커넥터;
   상기 배관프린지와 상기 커넥터프린지 사이에 결합된 실링재;
   상기 배관프린지와 상기 커넥터프린지를 결합하는 체결구; 및
   상기 제1 외벽 및 상기 제2 외벽의 일부에 결합되는 외부방열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 내벽의 내측면 일부에는 내부방열재가 결합된 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부방열재는 상기 제1 외벽 및 상기 제2 외벽의 표면 중 상기 배관프린지 및 상기 커넥터프린지에 근접한 위치에 결합된 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부방열재는 방사형으로 형성된 상기 배관프린지 및 상기 커넥터프린지의 끝단에 더 결합된 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부방열재는 상기 제1 외벽 및 상기 제2 외벽에 분리 및 조립결합 가능한 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 내벽은 상기 커넥터프린지에서 수직하게 연장형성되고, 일정거리 이상 연장된 후 그 두께가 더 두꺼워지는 단턱부가 형성되고,
   상기 제2 내벽의 단턱부에 상기 제1 내벽이 맞닿는 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 내벽과 상기 제2 내벽이 맞닿는 부분에는 냉매의 출입을 차단하기 위하여 결합관이 형성된 것을 특징으로 하는 극저온 냉각 방열 배관.

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