WO2022102985A1 - 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 - Google Patents

극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 Download PDF

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WO2022102985A1
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evaporator
heat
working fluid
pipe
condenser
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PCT/KR2021/013957
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Inventor
조혁진
정상권
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한국항공우주연구원
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    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005—Thermal joints
    • F28F2013/008—Variable conductance materials; Thermal switches

Definitions

  • the present invention relates to a heat switch device using a cryogenic loop heat pipe and a method thereof, without a separate heat switch, and by using the structure and operating characteristics of the cryogenic loop heat pipe to thermally connect or disconnect a heating part and a cooling part It relates to a device capable of switching the operation of a heater by giving.
  • a heat switch is a device for thermally connecting or disconnecting a heat generating unit and a cooling unit, and is a device used to change the operation of heat transfer or heat blocking of a heat transfer link connected between the heat generating unit and the cooling unit.
  • Conventional heat switches include a mechanical switch using a driving element, a switch operating as an electric relay, a bimetal switch using a difference in thermal expansion coefficient of dissimilar metals, a gas-gap switch controlling the density of filling gas, and a shape It is composed and used as a switch using the change in strength of the memory alloy.
  • the heat switch operates at a cryogenic temperature of minus 150 degrees Celsius or less and generates heat, like an infrared detector of an astronaut, and a cryogenic refrigerator or a cryogenic heat sink that cools it.
  • a cryogenic temperature minus 150 degrees Celsius or less
  • heat like an infrared detector of an astronaut
  • a cryogenic refrigerator or a cryogenic heat sink that cools it.
  • the weight and complexity of the system can be improved and energy inefficiency can be caused.
  • the power of the heat transfer link cannot be used according to the user's convenience while turning on/off the power of the heat transfer link according to the situation.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat switch for controlling the power of a heat transfer link to be driven in a cryogenic environment provided in an astronaut, in which the heat transfer link is a cryogenic loop heat.
  • an object of the present invention is to provide a heat switch device using a cryogenic loop heat pipe and a method thereof.
  • a switch device using a cryogenic loop heat pipe provided in the spacecraft of the present invention, comprising: a heating unit; cooling unit; The working fluid accommodated therein is circulated and the heat generating unit and the cooling unit are connected to be heat-exchangeable, and the first evaporator connected to the heating unit, the condenser connected to the cooling unit, the first evaporator, and the liquid in the condenser are moved
  • the cryogenic loop heat pipe is formed including a liquid transport pipe connected to each other so as to be possible, and a vapor transport pipe connected to each other so that the gas of the first evaporator and the condenser can move; a second evaporator connected to the condenser; and a heater for heating the second evaporator.
  • it characterized in that it further comprises a power supply for supplying power to the heater.
  • first evaporator and the second evaporator are formed on one side of a compensation chamber for storing the introduced working fluid, a wick through which the working fluid supplied from the compensation chamber passes, and a wick formed on the other side to pass through the wick It is characterized in that it is formed including a vapor discharge channel for discharging the vaporized vapor to the outside.
  • it characterized in that it further comprises a portion in which the compensation chamber of the second evaporator is accommodated, and a refrigerator in contact with the condenser.
  • the heater is provided in a portion in which the wick of the second evaporator is accommodated.
  • the working fluid of the cryogenic loop heat pipe is a gas containing at least one of nitrogen, oxygen, neon, and helium gas.
  • first evaporator and the second evaporator characterized in that it further comprises an auxiliary transfer pipe connected to each other so that the liquid and vapor can move.
  • the auxiliary transfer pipe the working fluid of the first evaporator, characterized in that it moves to the second evaporator.
  • a working fluid filling step of filling the working fluid of a gas into the cryogenic loop heat pipe a refrigerator operating step of operating a refrigerator connected to a partial area of the second evaporator and the condenser to cool the second evaporator and the condenser to form a working fluid of a liquid; a heater operation step of heating the second evaporator by providing electric power to the heater from the outside; a liquid conveying pipe flow step in which the volume is expanded according to evaporation generated by heating of the second evaporator and the working fluid of the liquid inside the condenser moves to the first evaporator along the liquid conveying pipe; a heat absorbing step in which the first evaporator absorbs heat from the heat generating portion; and a vapor transfer pipe flow step in which the first evaporator vaporizes the working fluid of the liquid by endothermic heat, and the formed vapor moves to the condenser along the vapor transfer tube.
  • a power cut-off step of cutting off the power supplied to the heater characterized in that it performs.
  • the working fluid is characterized in that the gas containing at least one of nitrogen, oxygen, neon, helium gas.
  • the heat switch device and method using the cryogenic loop heat pipe of the present invention performs heat transfer and heat blocking using the structure and operating characteristics of the cryogenic loop heat pipe. Since the operation of the heat switch can be performed, the weight and complexity of the system can be reduced compared to the conventional configuration, the heat switch can be operated at a time desired by the user, and the gas-liquid phase change can be used to reduce the weight and complexity of the system. Because heat exchange is performed, there is an effect of obtaining an effective high heat transfer and heat transfer blocking effect.
  • FIG. 1 is a block diagram of the present invention
  • FIG. 2 is a partial block diagram 1 of the present invention
  • FIG. 3 is a partial block diagram 2 of the present invention.
  • the present invention is to provide a heat switch that is provided inside the spacecraft and can be used even in a cryogenic environment.
  • the heat switch is located between the heating unit 10 and the cooling unit 20 to perform heat exchange.
  • the invention provides heat exchange by connecting the heat generating unit 10 and the cooling unit 20 without installing a separate heat switch device, or the heat generating unit ( 10) and a heat switch device using a cryogenic loop heat pipe that performs an operation of a switch using the structure and operating characteristics of a cryogenic loop heat pipe that performs an operation of heat blocking by blocking the connection of the cooling unit 20, and a heat switch device thereof to provide a way.
  • the present invention provides a switch device using a cryogenic loop heat pipe 30 provided in a component requiring heat exchange such as an astronaut, as a component provided inside the astronaut and having a temperature above a certain level It includes a heating part 10, which is a component that heats up and requires cooling, and a cooling part 20 that is formed at a lower temperature than the heating part 10 and cools the heating part 10 by heat exchange, It is characterized in that it includes and is configured with a cryogenic loop heat pipe 30 that connects the heat generating unit 10 and the cooling unit 20 to exchange heat with each other.
  • the cryogenic loop heat pipe 30 includes a first evaporator 100 connected to the heating unit 10, a condenser 200 connected to the cooling unit 20, the first evaporator 100 and the condenser ( A liquid transport pipe 610 connected to each other so that the liquid of 200) can move, and a vapor transport pipe 620 that is connected to each other so that the gases of the first evaporator 100 and the condenser 200 can move.
  • the present invention is characterized in that it further includes a second evaporator 300 connected to the condenser 200 and a heater 400 for heating the second evaporator 300 .
  • the cryogenic loop heat pipe 30 connects between the heating unit 10 and the cooling unit 20 , and contains a working fluid therein, and the received working fluid is It is characterized in that it is formed to circulate between the heat generating unit 10 and the cooling unit 20 to exchange heat.
  • the first evaporator 100 is a primary evaporator of the present invention, and it is preferably located near the heat generating unit 10 and connected to receive heat from the heat generating unit 10 , It is preferable that the condenser 200 is located near the cooling unit 20 and is connected to the cooling unit 20 so as to discharge heat received by the circulation of the working fluid to the cooling unit 20 .
  • the first evaporator 100 accommodates a working fluid therein, and the first evaporator 100 receives heat from the heat generating unit 10 connected to the first evaporator 100 to receive heat from the first evaporator. (100) is characterized in that it is heated.
  • the first evaporator 100 may accommodate a working fluid in a liquid state therein, and the first evaporator 100 is heated by the heat transferred by the heat generating unit 10 , and the first evaporator 100 .
  • the working fluid accommodated therein absorbs heat and is vaporized, that is, as the working fluid in a liquid state changes to a gas phase, the heat transferred to the first evaporator 100 is transferred to the first evaporator 100 through steam.
  • it is configured to move to the outside of.
  • the first evaporator 100, the compensation chamber 110 formed to store the working fluid flowing in from one side, and the porous that generates capillary force by the vaporized working fluid
  • the wick 120 and the vapor discharge channel 130 for discharging the evaporated vapor to the outside of the first evaporator 100 on the other side may be formed.
  • the compensation chamber 110 is configured at a position where the working fluid flows into the first evaporator 100 in a liquid state so that the working fluid of the liquid can be supplied to the first evaporator 100 in a predetermined capacity or more. It is characterized in that the fluid is stored and maintained in a state of saturation. If the compensation chamber 110 is formed to store the working fluid, it may be configured regardless of its shape.
  • the wick 120 is characterized in that it is formed of a porous material, is formed to be in contact with the compensation chamber 110, and the working fluid of the liquid supplied to the compensation chamber 110 is vaporized in the wick 120, If the generated steam is formed so that it can be discharged to the steam discharge channel 130, the shape does not matter.
  • the wick 120 is preferably formed in a shape that surrounds or engages the shape of the compensation chamber 110 .
  • the vapor discharge channel 130 is formed to discharge vaporized vapor to the outside of the first evaporator 100 , and is preferably located on the outer peripheral surface of the wick 120 .
  • the vapor discharge channel 130 is preferably formed so that the vapors evaporated from the wick 120 from one side discharge the vapor to the outside through the other side of the first evaporator 100, the vapor discharge channel 130 It is preferable that the compensation chamber 110 and the wick 120 are separated so that the working fluids accommodated with each other do not mix.
  • a liquid working fluid is stored in the compensation chamber 110, and when the first evaporator 100 is heated by receiving heat from the heating unit 10, the wick ( 120), the working fluid in the liquid state is vaporized by heat to generate vapor, and the vapor leaving the wick 120 moves to the outside of the first evaporator 100 along the vapor discharge channel 130 characterized.
  • the first evaporator 100 is connected to the liquid conveying pipe 610 so that the liquid working fluid flows in, and is connected to the vapor conveying pipe 620 so that the gaseous working fluid is discharged to operate the liquid and gas. It is characterized in that the fluid is formed to move.
  • one side of the first evaporator 100 is connected to the liquid transport pipe 610 , and the liquid transport pipe 610 is connected to the compensation chamber 110 of the first evaporator 100 , and the liquid transport pipe 610 .
  • ) is preferably formed to be accommodated in the compensation chamber 110, and the other side of the first evaporator 100 is connected to the vapor transfer pipe 620 of the first evaporator 100, and the The vapor transfer pipe 620 is preferably formed to be connected to the vapor discharge channel 130 so that the vapor vaporized in the first evaporator 100 moves through the vapor transfer pipe 620 .
  • the condenser 200 is provided to condense the gaseous working fluid accommodated inside, and the gaseous working fluid accommodated in the cryogenic loop heat pipe 30 can be moved to the condenser 200 .
  • the condenser 200 condenses the vapor contained in the condenser 200 to phase-change it into a liquid, and is characterized in that it is configured to take heat from the working fluid and transfer it to the outside.
  • the condenser 200 is connected to the cooling unit 20 and is formed, and the condenser 200 is configured to transfer the heat taken from the working fluid to the cooling unit 20 .
  • the condenser 200 may include a refrigerator 500 to cool the condenser 200 to a temperature below a certain level, and the refrigerator 500 is configured to be positioned in contact with the condenser 200, The condenser 200 is cooled by the refrigerator 500 and the working fluid of the gas accommodated in the inside of the condenser 200 is condensed to change the phase of the working fluid of the gas.
  • the condenser 200 is formed to transfer the working fluid of the liquid generated by condensing the working fluid of the received gas to the first evaporator 100, and the first evaporator ( 100) and the working fluid of the gas generated in the second evaporator 300 is formed to flow into the inside of the condenser (200).
  • the liquid conveying pipe 610 and the vapor conveying pipe 620 are connected to each other, and the working fluid of the liquid generated by the condenser 200 is transferred to the first through the liquid conveying pipe 610. It is transmitted to the evaporator 100, and the working fluid of the steam generated by the first evaporator 100 is preferably formed to be delivered to the condenser 200 through the steam transfer pipe (620).
  • the vapor transport pipe 620 and the liquid transport pipe 610 are connected to the first evaporator 100 so that the working fluid accommodated in the device of the cryogenic loop heat pipe 30 circulates with each other. ) and the condenser 200, provided that it is provided inside the cryogenic loop heat pipe 30 and formed so that a phase-changed working fluid can move, it can be used without limitation.
  • the vapor transport pipe 620 is formed such that the working fluid of the vapor moves, and the liquid transport pipe 610 moves the working fluid of the liquid.
  • the heat generating unit 10 and the cooling unit 20 can continuously exchange heat. formed to be
  • the condenser 200 moves in the same direction as the first evaporator 100 , that is, the condenser
  • the other part of the both ends of the liquid transport pipe 610 is connected to one side of the 200, so that the liquid working fluid formed in the condenser 200 is moved to the first evaporator 100.
  • the other part of the other end of the steam transport pipe 620 to the other side of the condenser 200 This is configured to be connected, so that the gaseous working fluid formed in the first evaporator 100 may be formed to move to the condenser 200 .
  • the direction of the working fluid moving in the liquid transport pipe 610 and the vapor transport pipe 620 may be formed to flow in opposite directions to each other, and the liquid transport pipe 610 and the vapor transport pipe 620 are liquid
  • the second evaporator 300 can accommodate a working fluid inside the second evaporator 300, and is configured to heat the working fluid inside the second evaporator 300 by the heat of the heater 400 characterized by being If the heater 400 is formed so as to heat the second evaporator 300, it can be provided regardless of its shape.
  • the heater 400 is formed as an attachable heater 400 to heat the second evaporator 300 ) and may be formed to heat the second evaporator 300 by generating heat when power is supplied from the outside.
  • the second evaporator 300 accommodates the working fluid therein, and the second evaporator 300 receives heat from the heater 400 connected to the second evaporator 300 to receive heat from the second evaporator ( 300) is characterized in that it is heated.
  • the second evaporator 300 may accommodate a working fluid in a liquid state therein, and the second evaporator 300 is heated by the heat transmitted by the heat generating unit 10, and the second evaporator 300 Through a phenomenon in which the working fluid accommodated therein absorbs heat and is vaporized, that is, the second evaporator 300 ) characterized in that it is configured to move to the outside of.
  • the second evaporator 300 like the first evaporator 100, a compensation chamber 310 formed to store the working fluid flowing into one side, and vaporization Formed including a wick 320 through which the liquid introduced by the working fluid passes, and a vapor discharge channel 330 for discharging the vapor leaving the wick 320 to the outside of the second evaporator 300 on the other side
  • the compensation chamber 310, the wick 320 and It may be formed as a vapor discharge channel (330).
  • the second evaporator 300 may be configured to receive a liquid working fluid from an external device, but the present invention uses the cryogenic loop heat pipe 30, and the cryogenic loop heat pipe 30 is a closed circuit. It is characterized in that it is configured so that the working fluid is circulated therein. Accordingly, the second evaporator 300 may be connected to the first evaporator 100 through an auxiliary conveying pipe 630 , and the auxiliary conveying pipe 630 may be supplied with the working fluid from the first evaporator 100 . It is characterized in that the second evaporator 300 and the first evaporator 100 are connected.
  • the auxiliary transfer pipe 630 is a component configured to move the working fluid more smoothly when operating the cryogenic loop heat pipe 30 in a cryogenic environment, and the second evaporator 300 is a wick 320 When formed with the structure of The gaseous working fluid stored inside the first evaporator 100 is moved and the compensation chamber 310 of the second evaporator 300 along the auxiliary transfer pipe 630 together with a small amount of the liquid working fluid. ) is characterized in that it is configured to flow in.
  • the first evaporator 100 , the second evaporator 300 , and the condenser 200 are configured in a closed circuit by the liquid transfer pipe 610 , the gas transfer pipe and the auxiliary transfer pipe 630 to operate inside It is characterized in that heat can be transferred from the heat generating unit 10 to the cooling unit 20 by smoothly circulating and moving fluids with each other.
  • the auxiliary conveying pipe 630 may include a tank 700 connected to any one part in the longitudinal direction of the auxiliary conveying pipe 630 .
  • the tank 700 When the tank 700 is filled with a sufficient amount of gas at room temperature before operating the refrigerator 50 so that sufficient liquid can be generated in the cryogenic loop heat pipe 30 at a cryogenic operating temperature, the internal pressure is excessive. It is preferable to continue to communicate with the cryogenic loop heat pipe 30 to prevent it from rising too high.
  • the tank 700 may be configured to supply a working fluid until the internal pressure of the cryogenic loop heat pipe 30 reaches equilibrium according to the operating conditions of the cryogenic loop heat pipe 30 .
  • the second evaporator 300 includes one side of the second evaporator 300 in which the compensation chamber 310 is located and the first evaporator 100 through the auxiliary transfer pipe 630 .
  • the working fluid connected through the first evaporator 100 may be formed to move to the second evaporator 300 , and the vapor discharge channel 330 of the second evaporator 300 is connected to the condenser 200 . ) and is connected to the second evaporator 300 to deliver the steam generated by the heater 400 to the condenser 200 .
  • a portion of the vapor discharge channel 330 of the second evaporator 300 may be connected to the condenser 200 by a separate transfer pipe to transmit steam, but the vapor of the second evaporator 300 is As the discharge channel 330 part is connected to the vapor transfer pipe 620 near the condenser 200, evaporation occurs in the working fluid of the liquid by heating of the second evaporator 300, and the volume due to evaporation By the expansion, the working fluid of the liquid accommodated in the condenser 200 is characterized in that it is configured to move to the first evaporator (100).
  • the second evaporator 300 is configured such that the refrigerator 500 is in contact with the portion in which the compensation chamber 310 of the second evaporator 300 for storing the working fluid delivered from the first evaporator 100 is formed. , by attaching the heater 400 to an area of the second evaporator 300 that is not in contact with the refrigerator 500, the second evaporator 300 is connected to the heater 400 and the refrigerator 500 ) is characterized in that it is configured to be in contact with each other.
  • a gas liquefied at a cryogenic temperature such as nitrogen, oxygen, neon, helium gas, etc., can be used as the working fluid, and the working fluid stays in a gaseous state at room temperature.
  • the heater 400 in order to transfer the working fluid, such as nitrogen gas, in the condenser 200 into a liquid and then transfer it to the first evaporator 100 , the heater 400 generates heat and evaporates in the second evaporator 300 .
  • the working fluid in a liquid state In order to operate the second evaporator 300 , the working fluid in a liquid state must be stored in the compensation chamber 310 of the second evaporator 300 .
  • the refrigerator 500 for cooling the condenser 200 to contact the compensation chamber 310 part of the second evaporator 300 together, the second evaporator ( As the nitrogen gas inside 300) is cooled, the phase is changed to a liquid, and the second evaporator 300, which generated the working fluid of the liquid, is heated by the operation of the heater 400, so that volume expansion due to evaporation occurs.
  • the first evaporator 100 is heated from the heat generating unit 10, and the cryogenic loop heat pipe 30 performs heat exchange between the heat generating unit 10 and the cooling unit 20. characterized by performing.
  • the second evaporator 300 evaporates the working fluid of the liquid by external heating, the second evaporator 300 is located in an area not in contact with the cooling unit 20 , the heater 400 . Is attached to the second evaporator (300) characterized in that it is configured to evaporate the liquid generated by the refrigerator (500).
  • the first evaporator 100 , the second evaporator 300 and the condenser 200 have the same characteristics as described above, A liquid transport pipe 610, the vapor transport pipe 620, and the auxiliary transport pipe 630 are connected to each other, and the refrigerator 500 is connected together with the condenser 200.
  • a partial area of the second evaporator 300 is provided so as to be in contact with each other, and the heater 400 is attached to the remaining area where the cooling unit 20 is not in contact with the second evaporator 300, and the refrigerator 500 and the heater ( 400) by operating the cryogenic loop heat pipe 30 is characterized in that it performs a heat exchange operation.
  • the heat switch device using the cryogenic loop heat pipe 30 of the present invention includes a switch device provided to connect and cut off the power of the cryogenic loop heat pipe 30 performing the heat exchange operation, separately. It is characterized in that the switch operation can be performed using the structure and operation characteristics of the cryogenic loop heat pipe 30 without installing a switch device of the It is characterized in that it is provided with (410).
  • a liquid working fluid must be generated inside the second evaporator 300, and the cryogenic loop heat pipe 30 operates by evaporating the liquid working fluid.
  • the present invention can turn on the power of the cryogenic loop heat pipe 30 by supplying power to the heater 400 using the power supply unit 410, and the capillary force of the first evaporator 100 Power of the cryogenic loop heat pipe 30 by cutting off power to the heater 400 using the power supply unit 410 when the operation of the second evaporator 300 is required because it cannot maintain a normal operating state alone It is characterized in that it can be turned off.
  • the power supply unit 410 is a device for supplying power to the heater 400, the heater 400 can be operated or stopped by the power supply unit 410, and the temperature at which heat is generated by controlling the supplied power It can be formed to control.
  • the power supply unit 410 may be formed as a device for connecting or blocking heat exchange between the heater 400 and the second evaporator 300,
  • the power supply unit 410 may be formed as a device such as a power supply, and may be formed to supply power to the heater 400 according to an input value input from the outside.
  • the heater 400 evaporates the working fluid of the liquid formed in the second evaporator 300 .
  • the working fluid of the liquid of the condenser 200 is moved to the first evaporator 100 , and the working fluid of the liquid moved into the first evaporator 100 is moved to move the wick 120 of the first evaporator 100 .
  • the first evaporator 100 receives heat from the heat generating unit 10 and is heated, thereby circulating the working fluid and performing heat exchange of the cryogenic loop heat pipe 30 .
  • the power supply unit 410 cuts off power to the heater 400
  • the first evaporator 100 continuously generates heat from the heating unit 10 by the working fluid of the liquid inside the first evaporator. (100) is received and the evaporation is continuously generated in the first evaporator 100
  • the power of the heater 400 is turned off, so that the second evaporator 300 has Evaporation will not occur. Therefore, since volume expansion due to evaporation does not occur, the flow rate at which the working fluid of the liquid cooled in the condenser 200 moves to the first evaporator 100 is reduced, and the heating unit 10 continues to heat it.
  • the capillary force of the first evaporator 100 itself is not sufficient in the first evaporator 100 as the liquid is not sufficiently supplied to the inside of the first evaporator 100, the phenomenon of dry-out As this occurs, the working fluid does not circulate while the first evaporator 100 no longer absorbs the heat of the heat generating unit 10 , and thus the heat exchange operation of the cryogenic loop heat pipe 30 is stopped. .
  • the heat switch device using the cryogenic loop heat pipe 30 of the present invention does not additionally install a separate device in the cryogenic loop heat pipe 30 through the operation of supplying or blocking power to the heater 400 . Since the power switch operation of the cryogenic loop heat pipe 30 can be performed without the need, the system can be lightened, and the system can be configured more simply, thereby providing ease of system maintenance and repair. . In addition, while the conventional switch can perform the power switch operation only at a preset temperature, the present invention can actively operate the user when the user wants to turn on or off the power of the cryogenic loop heat pipe 30 .
  • the present invention can use nitrogen gas or the like as a working fluid because it is easy to operate at a cryogenic temperature, and when the switch is on, an effective thermal conductivity of 1000 W/m-K or more is realized by nitrogen gas, whereas the switch is off Since only the thermal conductivity by the metal line constituting the cryogenic loop heat pipe 30 is implemented when the has the effect of being able to control
  • a working fluid filling step in the switch method by the heat switch device using the cryogenic loop heat pipe 30 described above, a working fluid filling step, a refrigerator operating step, a heater operation step, a liquid transfer pipe flow step, heat absorbing heat absorption It is characterized in that the step comprising the step and the steam transfer pipe flow step is carried out.
  • the working fluid filling step is to fill the working fluid of the gas in the cryogenic loop heat pipe 30, and the refrigerating operation step is the refrigerator connected to a partial area of the second evaporator 300 and the condenser 200. (500) is operated to cool the working fluid of the gas accommodated in the second evaporator 300 and the condenser 200 to form a working fluid of the liquid.
  • the heater operation step is to heat the second evaporator 300 by providing power to the heater 400, characterized in that the power supply unit 410 is formed to supply and cut off power to the heater.
  • the volume expands according to evaporation generated by heating of the second evaporator 300 , and the working fluid of the liquid inside the condenser 200 flows along the liquid transfer pipe 610 . It is characterized in that it moves to the first evaporator (100).
  • the working fluid of the liquid is introduced into the first evaporator 100 through the liquid conveying pipe 610 due to the liquid conveying pipe flowing step, and the first evaporator 100 is the heat generating unit
  • the heat of (10) is absorbed
  • the first evaporator 100 is heated while absorbing the heat of the heat generating unit 10
  • the first evaporator 100 is inside the It is characterized in that the vapor formed while the working fluid of the received liquid is vaporized moves to the condenser 200 along the vapor transfer pipe 620, and the heating unit 10 and the cooling unit are operated through the above steps.
  • (20) is characterized in that it can heat exchange.
  • the present invention is a heat switch device of a cryogenic loop heat pipe 30 that can be driven even in a cryogenic environment, and the working fluid flowing in the cryogenic loop heat pipe 30 is nitrogen, oxygen, neon, helium gas, etc. It is characterized in that it is a gas that is liquefied at a cryogenic temperature, and comprises the second evaporator 300, the heater 400 and the auxiliary transfer pipe 630 to operate the cryogenic loop heat pipe 30 at a cryogenic temperature. And, it is characterized in that the power of the cryogenic loop heat pipe 30 can be turned on/off by controlling the power supplied to the heater 400 through the power supply unit 410 .
  • the first evaporator 100 is connected to the second evaporator 300 and the auxiliary transfer pipe 630 through the first evaporator 100 and the second evaporator 300 .
  • ) is characterized in that it has a structure including the compensation chamber (110, 310), the wick (120, 320), and the vapor discharge channel (130, 330). Accordingly, as the first evaporator 100 and the second evaporator 300 are heated together in the heat absorbing step of the heating part, capillary force is generated by the structure of the wick 320 of the second evaporator 300 .
  • the working fluid stored in the compensation chamber 110 of the first evaporator 100 is moved to the second evaporator 300 along the auxiliary transport pipe 630. step occurs. Therefore, after the heat absorbing step of the heat generating part, the steam transfer pipe flow step and the heat absorbing step of the heat generating part 10 may be performed at the same time, and the working fluid is moved and circulated to the components in the cryogenic loop heat pipe 30. It is characterized in that the heat-exchanging part 10 and the cooling part 20 are heat-exchanged.
  • the present invention is characterized in that the heater operation step is performed after the steam transfer pipe flow step.
  • the heater operation step is performed again after the steam transfer pipe flow step, power is again supplied to the heater 400 , the heater 400 generates heat, and the heater 400 operates the second evaporator 300 . Since it continuously heats and circulates while moving the working fluid of the condenser 200 to the first evaporator 100, the working fluid moves between the heating unit 10 and the cooling unit 20 and continuously heat exchange can be performed.
  • the present invention provides a power to cut off the power supplied to the heater 400 after the steam transfer pipe flow step It is characterized in that the blocking step is performed.
  • the power cut-off step may be performed by the power supply unit 410 supplying power to the heater 400 , and may be performed by the power supply unit 410 stopping power supply to the heater 400 .
  • the heater 400 does not generate heat by the power cut-off step, so that evaporation in the second evaporator 300 is stopped, and thus the working fluid of the liquid generated in the condenser 200 is transferred to the first evaporator 100 ), the flow rate is reduced.
  • the first evaporator 100 is continuously heated by the heat generating unit 10 , and the working fluid of the liquid accommodated in the first evaporator 100 continues to evaporate and dry-out. This phenomenon occurs and the circulation of the working fluid is stopped. Accordingly, in the cryogenic loop heat pipe 30 , heat exchange by the working fluid is stopped, and only heat exchange by the pipe case of the cryogenic loop heat pipe 30 is performed.
  • the cryogenic loop heat pipe 30 of the present invention must be operated at a cryogenic temperature, and the difference between the thermal conductivity by the metal constituting the pipe case and the thermal conductivity by the nitrogen gas is at least several hundred to several thousand or more. Since the implementation, it is characterized in that it is possible to obtain the effect that the cryogenic loop heat pipe 30 is in an off state due to the difference in thermal conductivity.
  • liquid transport pipe 620 vapor transport pipe

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Abstract

본 발명은 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온에서 운용 가능하도록 극저온 루프 히트파이프를 구성하고, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고 극저온 루프 히트파이프의 구조를 이용하여 열전달 및 열차단을 수행하는 히트스위치의 동작을 수행할 수 있어, 종래의 구성에 비해 시스템의 중량 및 복잡성을 감소시킬 수 있고, 사용자가 원하고자 하는 시점에 히트스위치를 작동시킬 수 있으며, 극저온의 환경에서도 사용 가능하고, 기체-액체로의 상변화를 이용하여 열교환을 수행하기 때문에 효과적인 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 제공하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것이다.

Description

극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법
본 발명은 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것으로, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고, 극저온 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 발열부와 냉각부를 열적으로 연결하거나 끊어주는 것으로 히터의 동작을 스위칭할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트스위치란, 발열부와 냉각부를 열적으로 연결하거나 연결을 끊어주는 장치로써, 발열부와 냉각부 사이에 연결되는 열전달 링크의 열전달 또는 열차단의 동작을 변경하기 위해 사용되는 장치이다.
종래의 히트스위치는, 구동소자를 이용한 기계적인 스위치, 전기 릴레이로 작동하는 스위치, 이종금속의 열팽창률 차이를 이용한 바이메탈 스위치, 충전 가스의 밀도를 조절하는 가스-갭(gas-gap) 스위치 및 형상기억합금의 강도 변화를 이용하는 스위치 등으로 구성되어 사용되고 있다.
하지만, 이러한 종래의 히트스위치의 경우 보통 발열부와 냉각부 사이에 위치되는 열전달 링크의 중간에 부가적으로 설치되는 형태로 장착되며, 이는 오히려 열전달 링크의 열의 흐름을 방해할 수 있으며, 부가적인 장치의 설치에 의해 시스템의 중량과 복잡성을 증가시키게 되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 작동을 위해서는 별도의 전력을 소모해야 하는 경우가 발생되고, 열전달 링크의 열전도율이 충분하지 않는 경우 별도의 액추에이터를 더 구비하여 장치를 구동시켜야하기 때문에, 보다 많은 전력을 사용하면서 장치가 복잡하게 구성되게 되어 장치의 유지 및 보수가 용이하지 못하다는 단점이 있다. 더불어 전력을 소모하지 않는 경우에는 일반적으로 스위치가 작동되는 작동 온도가 고정되어 있어, 작동 온도 이외의 사용자가 원하는 시점에는 스위치 작동을 할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 히트스위치는 우주비행체의 적외선 검출기와 같이 섭씨 영하 150도 이하의 극저온 온도에서 작동하며 발열하는 극저온 발열체와, 이를 냉각하는 극저온 냉동기 또는 극저온 방열판 사이에도 필요에 따라 구비되게 되는데, 종래의 히트스위치를 사용하는 경우 시스템의 중량 및 복잡성을 향상시키고, 더불어 에너지의 비효율을 유발할 수 있다는 문제점이 있으며, 종래의 히트스위치는 작동의 적정 온도가 고정되어 있어, 냉각할 필요가 있는 대상이 있는 경우나, 상황에 따른 판단에 의해 열전달 링크의 전원을 on/off 하면서 사용자의 편의대로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
(선행기술특허문헌1) 한국등록특허공보 제10-1357488호 “히터제어용 하니스의 연속성 확인시험을 위한 써모스탯용 시험보조장치 및 그의 적용방법 (2014.01.23.)”
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 우주비행체에 구비되어 극저온의 환경에서 구동되어야 하는 열전달 링크의 전원을 제어하는 히트스위치에 있어서, 열전달 링크로 극저온 루프 히트파이프를 사용하고, 우주비행체에 구비되는 극저온 루프 히트파이프의 구조를 이용하여 별도의 히트스위치 장치를 장착하지 않고 단순한 동작만으로 전원을 스위치 할 수 있도록 구성시켜 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 제공할 수 있는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 우주비행체 내에 구비되는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 스위치 장치에 있어서, 발열부; 냉각부; 내부에 수용된 작동유체가 순환되며 상기 발열부 및 상기 냉각부가 열교환 가능하게 연결하되, 상기 발열부와 연결되는 제1증발기, 상기 냉각부와 연결되는 응축기, 상기 제1증발기 및 상기 응축기의 액체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관 및, 상기 제1증발기 및 상기 응축기의 기체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관을 포함하여 형성되는 상기 극저온 루프 히트파이프; 상기 응축기와 연결되는 제2증발기; 및 상기 제2증발기를 가열하는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 히터에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는, 일측에 형성되어 유입되는 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버에서 공급된 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅을 통과한 후 기화된 증기를 외부에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2증발기의 보상챔버가 수용되는 부분과, 상기 응축기에 함께 접촉되는 냉동기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제2증발기의 윅이 수용되는 부분에 상기 히터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 극저온 루프 히트파이프의 작동유체는, 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는, 서로 액체 및 증기가 이동 가능하도록 연결되는 보조이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보조이송관은, 상기 제1증발기의 작동유체가, 상기 제2증발기로 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서, 기체의 작동유체를 상기 극저온 루프 히트파이프에 충전하는 작동유체 충전단계; 상기 제2증발기의 일부면적과 상기 응축기에 연결된 냉동기를 가동하여 상기 제2증발기 및 상기 응축기를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 냉동기가동단계; 외부로부터 상기 히터에 전력을 제공하여 상기 제2증발기를 가열하는 히터작동단계; 상기 제2증발기의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어 상기 응축기 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동하는 액체이송관 유동단계; 상기 제1증발기가 상기 발열부의 열을 흡열하는 발열부 흡열단계; 및 흡열에 의해 상기 제1증발기가 액체의 작동유체를 기화시키고, 형성된 증기가 상기 증기이송관을 따라 상기 응축기로 이동하는 증기이송관 유동단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터작동단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 작동유체는 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법은, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고 극저온 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 열전달 및 열차단을 수행하는 히트스위치의 동작을 수행할 수 있어, 종래의 구성에 비해 시스템의 중량 및 복잡성을 감소시킬 수 있고, 사용자가 원하고자 하는 시점에 히트스위치를 작동시킬 수 있으며, 기체-액체의 상변화를 이용하여 열교환을 수행하기 때문에 효과적인 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 블록도
도 2는 본 발명의 부분 블록도1
도 3은 본 발명의 부분 블록도2
도 4는 본 발명의 방법 순서도1
도 5는 본 발명의 방법 순서도2
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 우주비행체 내부에 구비되어 극저온의 환경에서도 사용 가능한 히트스위치를 제공하기 위한 것으로, 히트스위치는 발열부(10)와 냉각부(20) 사이에 위치되어 열교환을 수행하는 열교환 링크가 열전도체 또는 단열체의 역할을 수행하도록 동작을 전환하는 장치로, 발명은 별도의 히트스위치 장치를 설치하지 않아도 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)를 연결하여 열교환 시키거나, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)의 연결을 차단하여 열차단의 동작을 수행하는 극저온 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 스위치의 동작을 수행하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법을 제공하기 위한 것이다.
이에 도 1을 참고하여 설명하면, 본 발명은, 우주비행체와 같이 열교환이 필요한 부품에 구비되는 극저온 루프 히트파이프(30)를 이용한 스위치 장치에 있어서, 상기 우주비행체 내부에 구비되는 부품으로 일정 이상의 온도로 발열되어 냉각이 필요한 부품인 발열부(10)와, 상기 발열부(10) 보다 낮은 온도로 형성되어 열교환에 의해 상기 발열부(10)를 냉각시키는 냉각부(20)를 포함하고 있으며, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 서로 열교환 하도록 연결하는 극저온 루프 히트파이프(30)를 포함하며 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 극저온 루프 히트파이프(30)는 상기 발열부(10)와 연결되는 제1증발기(100), 상기 냉각부(20)와 연결되는 응축기(200), 상기 제1증발기(100) 및 상기 응축기(200)의 액체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관(610) 및, 상기 제1증발기(100) 및 상기 응축기(200)의 기체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관(620)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명은 상기 응축기(200)와 연결되는 제2증발기(300)와, 상기 제2증발기(300)를 가열하는 히터(400)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참고하여 설명하면, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)는, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 연결하는 것으로, 내부에 작동유체를 수용하고 있으며, 수용된 작동유체가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 순환하며 열교환 하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 제1증발기(100)는 본 발명의 주증발기(Primary Evaporator)로, 상기 발열부(10)의 인근에 위치되어 상기 발열부(10)의 열을 전달받을 수 있도록 연결되는 것이 바람직하며, 상기 응축기(200)는 상기 냉각부(20)의 인근에 위치되어 작동유체의 순환에 의해 전달받은 열을 상기 냉각부(20)로 방출시키도록 상기 냉각부(20)와 연결되는 것이 바람직하다.
상기 제1증발기(100)는 내부에 작동유체를 수용하며, 상기 제1증발기(100)는 상기 제1증발기(100)와 연결되어 있는 상기 발열부(10)로부터 열을 전달받아 상기 제1증발기(100)가 가열되는 것을 특징으로 한다. 상기 제1증발기(100)는 내부에 액체상태의 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 발열부(10)가 전달하는 열에 의해 상기 제1증발기(100)가 가열되고, 상기 제1증발기(100) 내부에 수용된 작동유체가 열을 흡수하며 기화되는 현상을 통해, 즉 액체상태의 작동유체가 기체로 상변화를 되면서 상기 제1증발기(100)에 전달된 열을 증기를 통해 상기 제1증발기(100)의 외부로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 제1증발기(100)는, 일측으로부터 유입되는 작동유체를 보관하도록 형성되는 보상챔버(110)와, 기화된 작동유체에 의해 모세관력을 발생시키는 다공성의 윅(120) 및, 증발한 증기를 타측의 상기 제1증발기(100)의 외부로 배출하는 증기배출채널(130)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 보상챔버(110)는, 작동유체가 액체 상태로 상기 제1증발기(100)에 유입되는 위치에 구성되어 액체의 작동유체가 일정 이상의 용량으로 상기 제1증발기(100)에 공급될 수 있도록 작동유체를 보관하고 포화(saturation)상태로 유지하는 것을 특징으로 한다. 상기 보상챔버(110)는 작동유체를 보관할 수 있도록 형성되면, 형태 상관없이 구성될 수 있다.
상기 윅(120)은, 다공성물질로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 보상챔버(110)와 접하도록 형성되어, 상기 보상챔버(110)에 공급되는 액체의 작동유체가 윅(120)에서 기화하며 발생한 증기가 상기 증기배출채널(130)로 배출될 수 있도록 형성되면 형태 상관없다. 상기 윅(120)은 상기 보상챔버(110)의 형태를 감싸거나 맞물리는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 증기배출채널(130)은, 기화된 증기를 상기 제1증발기(100)의 외부로 배출시키기 위해 형성되는 것으로, 상기 윅(120)의 외주면에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 증기배출채널(130)은 일측에서 상기 윅(120)에서 증발한 증기들이 상기 제1증발기(100)의 타측을 통해 증기를 외부로 배출하도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 증기배출채널(130)은 상기 보상챔버(110)와 상기 윅(120)에 의해 서로 수용하는 작동유체가 섞이지 않도록 구분되어 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 상기 제1증발기(100)는 상기 보상챔버(110)에 액체상태의 작동유체가 보관되고, 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)로부터 열을 전달받아 가열되면 상기 윅(120)에서의 액체 상태의 작동유체가 열에 의해 기화되며 증기를 생성하고, 상기 윅(120)을 벗어난 증기가 상기 증기배출채널(130)을 따라서 상기 제1증발기(100)의 바깥쪽으로 이동되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1증발기(100)는 액체상태의 작동유체가 유입되도록 상기 액체이송관(610)과 연결되고, 기체상태의 작동유체가 배출되도록 상기 증기이송관(620)과 연결되어 액체 및 기체의 작동유체가 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 보다 상세히 상기 제1증발기(100)의 일측은 상기 액체이송관(610)과 연결되고, 상기 액체이송관(610)은 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110)와 연결되어 상기 액체이송관(610)을 통해 전달된 액체가 상기 보상챔버(110)에 수용되도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제1증발기(100)의 타측은 상기 제1증발기(100)의 증기이송관(620)과 연결되고, 상기 증기이송관(620)은 상기 증기배출채널(130)과 연결되도록 형성되어 상기 제1증발기(100)에서 기화된 증기가 상기 증기이송관(620)을 통해 이동되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 응축기(200)는 내측에 수용되는 기체상태의 작동유체를 응축시키기 위해 구비되는 것으로, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 내부에 수용되는 기체의 작동유체가 상기 응축기(200)로 이동될 수 있으며, 상기 응축기(200)는 상기 응축기(200)에 수용된 증기를 응축하여 액체로 상변화 시키는 것으로 작동유체로부터 열을 빼앗아 외부로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 응축기(200)는 상기 냉각부(20)와 연결되며 형성되어, 상기 응축기(200)는 작동유체로부터 빼앗은 열을 상기 냉각부(20)로 전달하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 응축기(200)는 상기 응축기(200)를 일정 이하의 온도로 냉각시킬 수 있도록 냉동기(500)를 구비할 수 있으며, 상기 냉동기(500)는 상기 응축기(200)와 접하며 위치하도록 구성하여 상기 냉동기(500)에 의해 상기 응축기(200)가 냉각되며 상기 응축기(200)의 내부에 수용되는 기체의 작동유체를 응축시켜 기체의 작동유체를 상변화 시키도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 응축기(200)는 수용된 기체의 작동유체를 응축하여 생성한 액체의 작동유체를 상기 제1증발기(100)에 전달하도록 형성되며, 또한 상기 제1증발기(100) 및 상기 제2증발기(300)에서 생성된 기체의 작동유체가 상기 응축기(200)의 내부에 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 응축기(200)는 상기 액체이송관(610)과 상기 증기이송관(620)이 각각 연결되어, 상기 응축기(200)가 생성한 액체의 작동유체는 상기 액체이송관(610)을 통해 상기 제1증발기(100)에 전달되고, 상기 제1증발기(100)가 생성한 증기의 작동유체는 상기 증기이송관(620)을 통해 상기 응축기(200)에 전달되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 증기이송관(620) 및 상기 액체이송관(610)은 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 장치 내부에 수용되는 작동유체가 서로 순환할 수 있도록 상기 제1증발기(100)와 상기 응축기(200)를 연결하는 것을 특징으로 하며, 상기 극저온 루프 히트파이프(30) 내부에 구비되어 상변화 하는 작동유체가 이동될 수 있도록 형성된 관이면 제한 없이 사용될 수 있다. 이때, 액체의 작동유체와 기체의 작동유체가 유동되는 방향이 서로 반대이기 때문에, 상기 증기이송관(620)은 증기의 작동유체가 이동하도록 형성되고 상기 액체이송관(610)은 액체의 작동유체가 이동하도록 형성되어, 서로 액체 상태의 작동유체와 기체 상태의 작동유체를 구분하여 이동시키도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 증기이송관(620) 및 상기 액체이송관(610)가 상기 응축기(200) 및 상기 제1증발기(100)를 연결함으로써, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 지속적으로 열교환 할 수 있도록 형성된다.
일례로, 상기 액체이송관(610)의 양단 중 어느 하나의 부분이 상기 제1증발기(100)의 일측에 연결되면, 상기 응축기(200)는 상기 제1증발기(100)와 같은 방향, 즉 상기 응축기(200)의 일측에 상기 액체이송관(610)의 양단 중 다른 하나의 부분이 연결되도록 구성되어, 상기 응축기(200)에 형성된 액체상태의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 증기이송관(620)의 양단 중 어느 하나의 부분이 상기 제1증발기(100)의 타측에 연결되면, 상기 응축기(200)의 타측에 상기 증기이송관(620)의 양단 중 다른 하나의 부분이 연결되도록 구성되어, 상기 제1증발기(100)에 형성된 기체상태의 작동 유체가 상기 응축기(200)로 이동되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620) 내에서 이동되는 작동유체의 방향은 서로 반대방향으로 유동하도록 형성될 수 있으며, 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620)은 액체 및 기체의 작동유체가 보다 먼 거리를 효율적으로 전달하기 위해, 유량을 고려하여 적절한 지름의 관으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 제1증발기(100), 상기 응축기(200), 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620)을 포함하는 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 내부에 상기 제2증발기(300)를 더 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2증발기(300)는 본 발명의 부증발기(Secondary Evaporator)로 상기 응축기(200)에 증기의 작동유체를 전달할 수 있도록 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제2증발기(300)는, 상기 제2증발기(300) 내부에 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 히터(400)의 발열에 의해 상기 제2증발기(300) 내부의 작동유체를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 히터(400)는 상기 제2증발기(300)를 가열할 수 있도록 형성되면 형태 상관없이 구비가능하며, 일례로 상기 히터(400)는 부착식 히터(400)로 형성되어 상기 제2증발기(300)의 외주면에 부착되고, 외부로부터 전력을 공급 받으면 발열하여 상기 제2증발기(300)를 가열하도록 형성될 수 있다.
상기 제2증발기(300)는 내부에 작동유체를 수용하며, 상기 제2증발기(300)는 상기 제2증발기(300)와 연결되어 있는 상기 히터(400)로부터 열을 전달받아 상기 제2증발기(300)가 가열되는 것을 특징으로 한다. 상기 제2증발기(300)는 내부에 액체상태의 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 발열부(10)가 전달하는 열에 의해 상기 제2증발기(300)가 가열되고, 상기 제2증발기(300) 내부에 수용된 작동유체가 열을 흡수하며 기화되는 현상을 통해, 즉 액체상태의 작동유체가 기체로 상변화를 되면서 상기 제1증발기(100)에 전달된 열을 증기를 통해 상기 제2증발기(300)의 외부로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참고하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2증발기(300)는 상기한 상기 제1증발기(100)와 같이, 일측으로 유입되는 작동유체를 보관하도록 형성되는 보상챔버(310)와, 기화된 작동유체에 의해 유입되는 액체가 통과되는 윅(320) 및, 상기 윅(320)을 벗어난 증기를 타측의 상기 제2증발기(300)의 외부로 배출하는 증기배출채널(330)을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기한 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110), 윅(120) 및 증기배출채널(130)의 특징과 같은 특징을 가지는 상기 보상챔버(310), 윅(320) 및 증기배출채널(330)로 형성될 수 있다.
상기 제2증발기(300)는 외부 장치로부터 액체상태의 작동유체를 공급받도록 구성될 수 있으나, 본 발명은 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 이용하는 것으로, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)는 폐회로로 구성되어 작동유체가 내부에서 순환되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 제2증발기(300)는 상기 제1증발기(100)와 보조이송관(630)을 통해 연결될 수 있으며, 상기 보조이송관(630)은 상기 제1증발기(100)로부터 작동유체를 공급받도록 상기 제2증발기(300)와 상기 제1증발기(100)를 연결시키는 것을 특징으로 한다. 상기 보조이송관(630)은 극저온의 환경에서 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 운용할 때 작동유체를 보다 원활하게 이동시키기 위해 구성되는 구성요소로, 상기 제2증발기(300)가 윅(320)의 구조를 포함하며 형성되면, 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400)에 의해 가열됨으로써 상기 제2증발기(300)의 윅(320) 구조에 의해 모세관력이 발생되고, 모세관력에 의해 상기 제1증발기(100)의 내부에 보관되어있는 기체 상태의 작동유체가 이동되며 소량의 액체 상태의 작동유체와 함께 상기 보조이송관(630)을 따라 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)에 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 제1증발기(100), 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)가 상기 액체이송관(610), 상기 기체이송관 및 상기 보조이송관(630)에 의해 폐회로로 구성되어 내부의 작동유체가 서로 원활하게 순환되며 이동하는 것으로 상기 발열부(10)에서 상기 냉각부(20)로 열전달 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1을 참고하면, 상기 보조이송관(630)은 상기 보조이송관(630)의 길이방향 중 어느 한 부분에 연결되는 탱크(700)를 포함할 수 있다. 상기 탱크(700)는 극저온의 작동 온도에서 상기 극저온 루프 히트파이프(30) 내에 충분한 액체가 생성될 수 있도록 상기 냉동기(50)를 가동하기 전 상온에서 충분한 양의 가스를 충전하였을 때 내부 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지하는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)와 계속 통해 있는 것이 바람직하다. 상기 탱크(700)는 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 작동 조건에 따라 상기 극저온 루프 히트파이프(30) 내부 압력이 평형에 도달할 때 까지 작동유체를 공급하도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 설명하면, 상기 제2증발기(300)는, 보상챔버(310)가 위치되는 상기 제2증발기(300)의 일측과 상기 제1증발기(100)가 상기 보조이송관(630)을 통해 연결되어 상기 제1증발기(100)에 보관되는 작동유체가 상기 제2증발기(300)로 이동되도록 형성될 수 있으며, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330)이 상기 응축기(200)와 연결되어 상기 제2증발기(300)에서 상기 히터(400)에 의해 생성되는 증기를 상기 응축기(200)에 전달하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330) 부분이 상기 응축기(200)와 별도의 이송관에 의해 연결되어 증기를 전달하도록 형성될 수 있으나, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330) 부분이 상기 응축기(200) 인근의 상기 증기이송관(620)에 연결되는 것으로, 상기 제2증발기(300)의 가열에 의해 액체의 작동유체에 증발이 발생하고, 증발로 인한 부피 팽창에 의해, 상기 응축기(200) 내부에 수용되어 있던 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2증발기(300)는 상기 제1증발기(100)로부터 전달받은 작동유체를 보관하는 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)가 형성된 부분에 상기 냉동기(500)가 접하며 구성되도록 하고, 상기 냉동기(500)가 접하지 않은 다른 상기 제2증발기(300)의 면적에 상기 히터(400)를 부착하여 구성시킴으로써, 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400) 및 상기 냉동기(500)가 함께 접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이는, 본 발명이 극저온의 환경에서 열교환을 수행하기 위해서 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 등과 같이 극저온에서 액화되는 가스를 작동유체로 사용할 수 있으며, 이러한 작동유체는 상온에서 가스의 상태로 머물게 된다. 이때, 상기 응축기(200) 내의 질소가스와 같은 작동유체를 액체로 상변화 시킨 후 상기 제1증발기(100)에 전달하기 위해서, 상기 히터(400)가 발열하며 상기 제2증발기(300)에서 증발을 발생하여야 하며, 상기 제2증발기(300)가 가동되기 위해서는 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)에 액체 상태의 작동유체를 보관하고 있어야 한다.
이를 수행하기 위해, 상기 응축기(200)를 냉각하는 상기 냉동기(500)가, 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310) 부분에 함께 접촉되도록 구성시킴으로써, 상기 냉각기에 의해 상기 제2증발기(300)의 내부의 질소가스가 냉각됨으로써 액체로 상변화하게 되고, 액체의 작동유체를 생성한 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400)의 가동에 의해 가열됨으로써 증발로 인한 부피 팽창이 발생되고, 부피 팽창에 의해 상기 응축기(200)의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관(610)을 따라 상기 제1증발기(100)로 이동되어 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110)에 채워지게 됨으로써, 상기 발열부(10)로부터 상기 제1증발기(100)가 가열되며 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)의 열교환을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2증발기(300)는, 외부의 가열에 의해 액체의 작동유체를 증발시키기 때문에, 상기 제2증발기(300)는 상기 냉각부(20)와 접촉되지 않은 면적에 상기 히터(400)가 부착되어서 상기 제2증발기(300)에 상기 냉동기(500)에 의해 생성된 액체를 증발시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 극저온에서 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 효율적으로 운용하기 위해, 상기 제1증발기(100), 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)를 상기와 같은 특징을 가지도록, 상기 액체이송관(610), 상기 증기이송관(620) 및 상기 보조이송관(630)을 이용하여 서로 연결하며, 또한 상기 냉동기(500)를 상기 응축기(200)와 함께 상기 제2증발기(300)의 일부면적에 함께 접촉되도록 구비하고, 상기 제2증발기(300)를 상기 냉각부(20)가 접촉되지 않은 나머지 면적에 상기 히터(400)를 부착하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉동기(500) 및 상기 히터(400)를 가동하는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 열교환 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치는, 상기한 열교환 동작을 수행하는 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원을 연결 및 차단하기 위해 구비되는 스위치 장치를, 별도의 스위치 장치를 설치하지 않고 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 구조와 작동 특성을 이용하여 스위치 동작을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이에 본 발명은 상기 히터(400)의 전원을 조절하는 전원부(410)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기한 극저온 루프 히트파이프(30)는, 상기 제2증발기(300) 내부에 액체의 작동유체가 생성되어야 하며, 액체의 작동유체를 증발시키는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 작동하게 되기 때문에, 본 발명은, 상기 전원부(410)를 이용하여 상기 히터(400)에 전원을 공급하는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원을 on시킬 수 있으며, 상기 제1증발기(100)의 모세관력만으로는 정상 운용 상태를 유지할 수 없어 제2증발기(300)의 작동이 요구되는 경우에 상기 전원부(410)를 이용하여 상기 히터(400)에 전원을 차단하는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원을 off 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전원부(410)는, 상기 히터(400)에 전력을 공급하는 장치로, 상기 전원부(410)에 의해 상기 히터(400)가 작동 또는 정지할 수 있으며, 공급되는 전력이 조절되는 것으로 발열되는 온도를 조절하도록 형성될 수 있다. 상기 히터(400)가 자체의 전원을 갖는 자체 발열 장치인 경우 상기 전원부(410)는 상기 히터(400)와 상기 제2증발기(300)의 열교환을 연결 또는 차단하는 장치인 것으로 형성될 수 있으며, 상기 전원부(410)는 파워서플라이와 같은 장치로 형성되어, 외부로부터 입력되는 입력값에 따라 상기 히터(400)에 전력을 공급하도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전력을 공급하면, 상기 제2증발기(300)에 형성된 액체의 작동유체를 상기 히터(400)가 증발시킴으로써 상기 응축기(200)의 액체의 작동유체를 상기 제1증발기(100)로 이동시키고, 상기 제1증발기(100) 내부로 이동된 액체의 작동유체가 이동하여 상기 제1증발기(100)의 윅(120)이 적셔지면, 상기 발열부(10)로부터 상기 제1증발기(100)가 열을 전달받아 가열됨으로써 작동유체의 순환이 수행되면서 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 열교환을 수행하게 된다. 반대로, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전력을 차단하면, 상기 제1증발기(100)는 내부에 액체의 작동유체에 의해 계속해서 상기 발열부(10)의 열을 상기 제1증발기(100)가 전달받아 지속적으로 상기 제1증발기(100)에 증발이 발생되게 되는데, 반면에 상기 제2증발기(300)는 상기 히터(400)의 전원이 off됨으로써 상기 제2증발기(300)에는 증발이 발생되지 않게 된다. 따라서, 증발로 인한 부피 팽창이 발생되지 않기 때문에 상기 응축기(200)에서 냉각하는 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되는 유량이 줄어들게 되며, 상기 발열부(10)에 의해 계속 가열되는 제1증발기(100)의 내부에 액체가 충분히 공급되지 않게 되면서 상기 제1증발기(100)에는 제1증발기(100) 자체의 모세관력이 충분하지 않을 경우, 드라이 아웃(dry-out)의 현상이 발생하여, 상기 제1증발기(100)는 상기 발열부(10)의 열을 더 이상 흡수하지 못하면서 작동유체가 순환하지 않게 되고, 이에 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 열교환 동작이 정지되게 된다.
따라서, 본 발명의 극저온 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치는 상기 히터(400)에 전력을 공급 또는 차단하는 동작을 통해 상기 극저온 루프 히트파이프(30)에 별도의 장치를 추가로 설치하지 않아도 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원 스위치 동작을 수행할 수 있으므로 시스템을 경량화 할 수 있으며, 보다 단순하게 시스템을 구성할 수 있어 이로 인한 시스템 유지 및 보수에 용이성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 스위치는 기설정되는 온도에서만 전원 스위치 동작을 수행할 수 있는 데에 반해, 본 발명은 사용자가 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원을 on 또는 off하고 싶을 때에 능동적으로 작동시킬 수 있다는 장점이 있다. 더불어 본 발명은 극저온에서 운용이 용이하게 구성되기 때문에 질소가스 등을 작동유체로 사용할 수 있으며, 스위치가 on일 때는 질소가스에 의해 1000 W/m-K 이상의 유효 열전도율을 구현하는 데에 반해, 스위치가 off일 때는 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 구성하는 메탈 라인에 의한 열전도율만 구현되므로, 스위치의 on 또는 off에 의한 열전도율의 차이에 의해 효율적으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 동작의 on 또는 off를 제어할 수 있다는 효과가 있다.
도 4를 참고하여 설명하면, 상기한 극저온 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서, 작동유체 충전단계, 냉동기 가동단계, 히터 작동단계, 액체이송관 유동단계, 발열부 흡열단계 및 증기이송관 유동단계를 포함하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 작동유체 충전단계는 기체의 작동유체를 상기 극저온 루프 히트파이프(30)에 충전하는 것이며, 상기 냉동기가동단계는, 상기 제2증발기(300)의 일부면적과 상기 응축기(200)에 연결된 상기 냉동기(500)를 가동하여 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)의 내부에 수용된 기체의 작동유체를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 것을 수행한다. 또한, 상기 히터작동단계는 상기 히터(400)에 전력을 제공하여 상기 제2증발기(300)를 가열하는 것으로, 상기 전원부(410)에 의해 상기 히터에 전력이 공급 및 차단되도록 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 액체이송관 유동단계는, 상기 제2증발기(300)의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어, 상기 응축기(200) 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관(610)을 따라 상기 제1증발기(100)로 이동하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 발열부 흡열단계는, 상기 액체이송관 유동단계로 인해 상기 액체이송관(610)을 통해 상기 제1증발기(100)에 액체의 작동유체가 유입되며 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)의 열을 흡열하는 것을 특징으로 하며, 상기 증기이송관 유동단계는, 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)의 열을 흡열하며 가열되어 상기 제1증발기(100) 내부에 수용된 액체의 작동유체가 기화면서 형성된 증기가 상기 증기이송관(620)을 따라 상기 응축기(200)로 이동하는 것을 특징으로 하며, 상기한 단계를 통해 작동되는 것으로 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 열교환 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명은 극저온의 환경에서도 구동이 가능한 극저온 루프 히트파이프(30)의 히트스위치 장치로, 상기 극저온 루프 히트파이프(30) 내에서 유동되는 작동유체는 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 등과 같이 극저온에서 액화되는 가스인 것을 특징으로 하며, 극저온에서 상기 극저온 루프 히트파이프(30)를 작동시키게 하기 위해 상기 제2증발기(300), 상기 히터(400) 및 상기 보조이송관(630)을 포함하여 구성되며, 상기 전원부(410)를 통해 상기 히터(400)에 공급되는 전원을 조절하는 것으로 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 전원을 on/off 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 제1증발기(100)는 상기 제2증발기(300)와 상기 보조이송관(630)을 통해 연결되어 있으며, 상기 제1증발기(100) 및 상기 제2증발기(300)는 상기 보상챔버(110, 310), 상기 윅(120, 320), 및 상기 증기배출채널(130, 330)을 포함하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에 상기 발열부 흡열단계에서 상기 제1증발기(100)와 상기 제2증발기(300)가 함께 가열됨에 따라, 상기 제2증발기(300)의 상기 윅(320)의 구조에 의해 모세관력이 발생되게 되고, 이에 상기 발열부 흡열단계 이후에 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110) 내에 보관된 작동유체가 상기 보조이송관(630)을 따라 상기 제2증발기(300)로 이동되는 보조이송관 유동단계가 발생된다. 따라서, 상기 발열부 흡열단계 이후 상기 증기이송관 유동단계와 상기 발열부(10) 흡열단계가 동시에 수행될 수 있으며, 상기 극저온 루프 히트파이프(30) 내의 구성요소에 작동유체가 이동되며 순환되는 것으로 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)를 열교환 시키는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 on의 상태로 지속적으로 작동되게 하기 위해서, 본 발명은 상기 증기이송관 유동단계 이후에 상기 히터작동단계가 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기 증기이송관 유동단계 이후에 상기 히터작동단계가 다시 수행됨에 따라 상기 히터(400)에 다시 전력이 공급되며 상기 히터(400)가 발열하게 되고, 상기 히터(400)가 상기 제2증발기(300)를 지속적으로 가열하며 상기 응축기(200)의 작동유체를 상기 제1증발기(100)로 이동시키며 순환하기 때문에, 작동유체가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 이동하며 지속적으로 열교환을 수행할 수 있게 된다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 off의 상태로 작동을 중지하기 위해서, 본 발명은 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터(400)에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계를 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 전원차단단계는 상기 히터(400)에 전원을 공급하는 상기 전원부(410)에의해 수행될 수 있으며, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전원 공급을 중단하는 것으로 수행될 수 있다. 상기 전원차단단계에 의해 상기 히터(400)는 발열하지 않게 되어 상기 제2증발기(300)에 증발이 중단되게 되고, 따라서 상기 응축기(200)에 생성된 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되는 유량이 감소하게 된다. 이에, 상기 제1증발기(100)는 상기 발열부(10)에 의해 지속적으로 가열되게 되고 상기 제1증발기(100) 내부에 수용되어있던 액체의 작동유체가 계속 증발하며 드라이 아웃(dry-out) 현상이 발생되며 작동유체의 순환이 정지되게 된다. 이에, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)는 작동유체에 의한 열교환 수행이 정지되며, 상기 극저온 루프 히트파이프(30)의 파이프 케이스에 의한 열교환만 수행되게 된다. 그러나 본 발명의 상기 극저온 루프 히트파이프(30)는 극저온에서 운용되어야 하며, 파이프 케이스를 구성하는 금속에 의한 열전도율과 질소가스에 의한 열전도율의 차이는, 최소 수 백에서부터 수천 이상 사이의 열전도도 비율 차이를 구현하게 되므로, 열전도율의 차이에 의해 상기 극저온 루프 히트파이프(30)가 off인 상태인 효과를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
[부호의 설명]
10 : 방열부 20 : 냉각부
30 : 히트파이프
100 : 제1증발기 200 : 응축기
300 : 제2증발기
110, 310 : 보상챔버 120, 320 : 윅
130, 330 : 증기배출채널
400 : 히터 410 : 전원부
500 : 냉동기
610 : 액체이송관 620 : 증기이송관
630 : 보조이송관
700 : 탱크

Claims (12)

  1. 우주비행체 내에 구비되는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 스위치 장치에 있어서,
    발열부;
    냉각부;
    내부에 수용된 작동유체가 순환되며 상기 발열부 및 상기 냉각부가 열교환 가능하게 연결하되, 상기 발열부와 연결되는 제1증발기, 상기 냉각부와 연결되는 응축기, 상기 제1증발기 및 상기 응축기의 액체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관 및, 상기 제1증발기 및 상기 응축기의 기체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관을 포함하여 형성되는 상기 극저온 루프 히트파이프;
    상기 응축기와 연결되는 제2증발기; 및
    상기 제2증발기를 가열하는 히터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히터에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는,
    일측에 형성되어 유입되는 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버의 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅에서 증발한 증기를 외부에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2증발기의 보상챔버가 수용되는 부분과, 상기 응축기에 함께 접촉되는 냉동기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2증발기의 윅이 수용되는 부분에 상기 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 루프 히트파이프의 작동유체는,
    질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것
    을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치..
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는,
    서로 액체 및 증기가 이동 가능하도록 연결되는 보조이송관
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보조이송관은,
    상기 제1증발기의 작동유체가, 상기 제2증발기로 이동하는 것
    을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
  9. 제 1항의 상기 루프 히트파이프를 이용한 히터스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서,
    기체의 작동유체를 상기 루프 히트파이프에 충전하는 작동유체 충전단계;
    상기 제2증발기의 일부면적과 상기 응축기에 연결된 냉동기를 가동하여 상기 제2증발기 및 상기 응축기를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 냉동기가동단계;
    외부로부터 상기 히터에 전력을 제공하여 상기 제2증발기를 가열하는 히터작동단계;
    상기 제2증발기의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어 상기 응축기 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동하는 액체이송관 유동단계;
    상기 제1증발기에 액체의 작동유체가 유입되며 상기 제1증발기가 상기 발열부의 열을 흡열하는 발열부 흡열단계; 및
    흡열에 의해 상기 제1증발기가 액체의 작동유체를 기화시키고, 형성된 증기가 상기 증기이송관을 따라 상기 응축기로 이동하는 증기이송관 유동단계;
    를 수행하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 증기이송관 유동단계 이후,
    상기 히터작동단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 증기이송관 유동단계 이후,
    상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 작동유체는
    질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
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