KR102677754B1 - 상온 질소 가스를 이용하고 온도 조절이 가능한 극저온 우주환경 구현 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우주환경 구현 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 우주환경을 구현하기 위해 진공용기 내부에 슈라우드가 배치되되, 극저온 냉동기를 포함한 밀폐계를 형성함으로써, 내부 압력을 제어하여, 작동유체의 포화온도를 조절하는 것 특징으로 한다. 이로 인해 요구되는 온도로 환경을 구현할 수 있다. 이때, 밀폐계 내부로 실온의 가스를 작동유체로 하여 압력을 조절할 수 있어, 액체봄베 관리에 대한 비용을 줄일 수 있으며, 내부로 주입된 작동유체를 재생하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

상온 질소 가스를 이용하고 온도 조절이 가능한 극저온 우주환경 구현 장치 {A device that implements a cryogenic space environment that uses room temperature nitrogen gas and controls temperature}

본 발명은 우주환경 구현 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 우주환경을 구현하기 위해 진공상태의 용기 내의 온도를 극저온 상태로 유지 및 제어하는 극저온 우주환경 구현 장치에 관한 것이다.

우주환경 구현 장치란 진공 상태의 용기 내를 우주 환경에 가까운 상태 구현하여 인공위성 등의 시험체를 우주 공간으로 발사하기 전에 동작 확인 등의 시험을 수행하기 위한 장치이다.

도 1은 종래의 우주환경 구현 장치의 모식도이다. 도 1을 참고하면, 진공 용기는 연결된 진공펌프에 의해 진공 상태를 유지하게 되며, 진공 용기 내부에 슈라우드가 배치된다. 슈라우드는 연결된 액체질소 탱크를 통해 액체질소가 공급되며, 공급된 액체질소는 진공용기의 내부와 열교환 후 기체 상태로 외부로 배출되는 구조를 가지고 있다.

종래의 극저온 우주환경 구현 장치는 진공 용기 내의 슈라우드에 액체질소를 직접 공급하여 구현한다. 극저온 유체인 액체질소를 공급하기 위해 별도의 취급 및 관리가 까다로운 유체 저장 용기(액체질소 탱크 등)를 필요로 하며, 액체질소가 공급되는 계는 외부와 노출되어 있어 대기압에서의 액체질소 포화 온도인 섭씨 영하 196도에서만 온도 유지가 가능한 한계를 갖는다.

따라서 극저온의 온도 환경을 구현하되, 일정 범위의 온도로 제어가 가능한 기술과 관리가 까다로운 액체질소 탱크를 대체할 수 있는 방안이 요구된다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 슈라우드 온도를 결정하는 작동 유체의 온도를 조절하는 극저온 우주환경 구현 장치를 제안한다.

또한, 상온의 가스를 공급하고 관리가 까다로운 액체질소를 대체하는 극저온 우주환경 구현 장치를 제안한다.

또한, 슈라우드 내부로 주입하기 위해 공급된 가스를 액화시키고, 작동유체의 포화온도를 조절하기 위해 밀폐계를 구성한 극저온 우주환경 구현 장치를 제안한다.

본 발명은 진공펌프를 통해 진공상태를 유지하는 진공용기, 상기 진공용기 내부에 배치되며, 작동유체가 공급되어 진공용기 내부와 열교환이 이루어지는 슈라우드, 상기 슈라우드의 양단이 연결되며, 작동유체를 액화시키는 극저온 냉동기를 포함하는 액화탱크, 상기 액화탱크의 상단에 연결되고, 기체상태의 작동유체를 공급 또는 배출하는 압력탱크, 및 작동유체의 공급 및 배출을 통해 상기 압력탱크의 압력이 제어하며, 작동유체의 포화온도가 조절되는 제어장치를 포함한다.

또한, 상기 슈라우드의 내부는 밀폐계를 유지하며, 공급된 작동유체와 상기 진공용기의 내부가 복사 열교환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액화탱크는 상기 슈라우드의 양단이 연결되되, 상기 액화탱크의 상단에 연결되고 슈라우드에서 기화된 작동유체를 공급받는 기체라인 및 상기 액화탱크의 하단에 연결되고 슈라우드로 액화된 작동유체를 공급하는 액체라인을 포함하고 상기 액화탱크는 슈라우드의 상측에 배치되며, 액화된 작동유체가 중력방향으로 이동되어, 상기 슈라우드 내부로 주입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공용기 내에 복수개의 온도센서가 상기 슈라우드를 따라 배치되고, 상기 액화유체라인부터 상기 슈라우드의 하측까지 일정 간격 이격 배치되어 위치에 따른 작동유체의 온도변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액화탱크는 상기 극저온 냉동기가 하나 이상 배치되며, 진공용기의 내부온도에 따라 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력탱크는 내부 압력을 높이기 위해 봄베로부터 기체상태의 작동유체를 공급받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력탱크는 외부와 연결되는 배기라인 및 상기 봄베와 연결되는 공급라인과 연결되며, 상기 제어장치는 상기 압력탱크의 압력이 입력되어, 상기 배기라인의 배기밸브와 상기 공급라인의 공급밸브를 개폐여부를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 봄베는 상온의 질소가스가 포함된 봄베가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어장치는 상기 압력탱크에 연결된 압력센서를 통해 작동유체의 포화온도를 연산하는 연산부를 포함한다.

또한, 상기 슈라우드는 밀폐계 내부의 유체 포화압력을 조절함으로써, 작동유체의 삼중점 온도와 임계 온도 사이 범위를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 우주환경 구현장치를 이용한 우주환경 구현방법에 있어서, 상기 제어장치는 상기 압력탱크 내로 유체를 유입 또는 배출하여 밀폐계의 압력을 제어하는 압력조절단계, 상기 압력조절단계 이후, 상기 극저온 냉동기는 공급된 작동유체를 액화시키는 액화단계, 상기 액화단계 이후, 액화된 작동유체는 중력방향으로 이동되어 슈라우드 내부로 유입되는 유입단계, 및 상기 유입단계 이후, 상기 슈라우드와 상기 진공용기 내부와 복사열교환이 이루어지는 열교환단계를 포함한다.

또한, 상기 압력조절단계는 밀폐계 내부의 압력을 낮출 경우, 작동유체를 외부로 배출하는 감압단계와 밀폐계 내부의 압력을 높일 경우, 상온의 작동유체가 내장된 봄베로부터 작동유체를 공급받아 가압하는 가압단계를 포함한다.

또한, 상기 액화단계는 상기 압력조절단계에서 조절된 압력에 따라 작동유체의 포화온도가 변경되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환단계 이후, 열교환이 이루어진 작동유체는 기화되되, 상기 액화탱크로 이동되어 다시 액화단계를 반복하는 재생단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하여 슈라우드 온도를 결정하는 작동 유체의 온도를 제어하여 진공 용기 내부의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 상온의 가스를 공급하고 가스를 액화시키는 극저온 냉동기를 포함하고 있어 관리가 까다로운 액체질소를 대체할 수 있다.

또한, 슈라우드의 내부를 밀폐계로 구성하고 압력을 제어를 통해 작동유체의 포화온도를 제어하여 진공 용기 내부의 온도는 일정 범위를 형성할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 구성도
도 2는 본 발명의 구성도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 확대도
도 6은 상변화 그래프

우주환경을 구현하기 위해 종래의 장치는 도 1을 참고하면, 슈라우드(2) 내부에 액체질소를 공급하여 진공상태의 용기(1) 내부의 온도를 낮추었다. 이때, 슈라우드(2)는 챔버(4)를 통해 대기압 외기에 노출되어 있어 포화온도인 섭씨 영하 196도에서만 온도 유지가 가능하여 온도 조절에 어려움이 있다.

또한, 지속적인 액체질소를 공급이 필요하며, 액체 질소가 포함된 봄베(3)를 연결함으로써, 봄베와 관리가 요구되는 단점이 있다

본 발명은 압력 제어를 통해 가스 상태의 작동유체의 포화온도를 제어함으로써, 슈라우드 및 진공용기의 내부 온도를 조절하는 우주환경 구현장치를 제공한다.

또한, 가스를 공급받아 액화시키는 극저온 냉동기를 포함하고 있어 봄베로부터 상온의 가스를 공급받아 봄베 관리에 따른 시간 및 노동을 줄이는 장치를 제공한다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대한 상온 질소 가스를 이용하고 온도 조절이 가능한 극저온 우주환경 구현장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

[1] 본 발명의 전체 구성 및 동작 원리

먼저, 도 2는 본 발명의 구성도이다. 도 2를 참고하면, 진공펌프(110)를 통해 진공상태를 유지하는 진공용기(100), 상기 진공용기(100) 내부에 배치되며, 작동유체가 공급되어 진공용기(100) 내부와 열교환이 이루어지는 슈라우드(200), 상기 슈라우드(200)의 양단이 연결되며, 작동유체를 액화시키는 극저온 냉동기(310)를 포함하는 액화탱크(300), 상기 액화탱크(300)의 상단에 연결되고, 기체상태의 작동유체를 공급 또는 배출하기 전 압력을 안정적으로 유지시키는 압력탱크(400), 및 작동유체의 공급 및 배출을 통해 상기 압력탱크(400)의 압력을 제어하며, 작동유체의 포화온도가 조절되는 제어장치(500)를 포함한다.

진공용기(100)는 외측에 배치된 진공펌프(110)와 연결되어 내부가 진공상태를 유지하고, 우주환경과 유사한 압력을 구현하도록 한다. 진공용기(100) 내부는 내부에 배치된 슈라우드(200)와 복사열교환을 통해 우주환경과 유사한 온도를 구현하도록 한다.

슈라우드(200)는 진공용기(100) 내에 배치되되, 진공용기(100) 내부와 열교환을 위한 작동유체가 공급되는 관 형태로 형성된다. 슈라우드(200)의 일단은 액체상태의 작동유체가 공급되고, 타단은 열교환 후 기체상태의 작동유체를 배출한다. 본 발명의 슈라우드(200)는 양단이 하나의 탱크와 연결되며, 작동유체의 공급과 배출이 동시에 이루어진다.

액화탱크(300)는 슈라우드(200)의 양단이 연결되어 있으며, 액체상태의 작동유체가 공급되는 액체라인은 액화탱크(300)의 하단 또는 하면과 연결되며, 기체상태의 작동유체가 배출되는 가스라인은 액화탱크(300)의 상단 또는 상면에 연결된다. 액화탱크(300) 내부에는 기체상태의 작동유체를 액화시키는 극저온 냉동기(310)를 포함하고 있으며, 액화 탱크 내 기체상태의 작동 유체를 액화시켜 하단에 액체상태의 작동유체를 수집한다. 수집된 액체상태의 작동유체는 액체라인을 통해 슈라우드(200) 내부로 공급된다.

슈라우드(200)-액화탱크(300)-압력탱크(400)가 연결되고 밀폐계를 유지된다. 압력탱크(400)는 기체상태의 작동유체를 공급 및 배출함으로써 밀폐계의 압력이 제어되는 탱크이다. 압력탱크(400)는 연결라인을 통해 액화탱크(300)와 연결되고, 액화탱크(300)의 상단 또는 상면에 연결되어 액화된 작동유체가 이동되지 않도록 한다.

이때, 밀폐계의 압력을 제어하고 작동유체의 포화온도를 요구되는 온도로 변경하여, 슈라우드(200)에 공급되는 작동유체의 온도를 조절하는 것이 본 발명의 특징이다.

이로 인해 진공용기(100)는 일정한 온도(-196℃)로 유지되는 것이 아닌 영하 196℃보다 높거나 낮은 온도의 우주환경 구현이 가능한 장점이 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 확대도이다. 도 3은 슈라우드와 액체탱크에 대한 확대도이다. 도 3을 참고하면, 액화탱크(300)는 슈라우드(200)의 양단이 연결되되, 액화탱크(300)의 상단에 연결되고 슈라우드(200)에서 기화된 작동유체를 공급받는 기체라인(210) 및 액화탱크(300)의 하단에 연결되고 슈라우드(200)로 액화된 작동유체를 공급하는 액체라인(220)을 포함한다.

액화된 작동유체가 중력방향으로 이동되도록 상측에 배치되어 하면 또는 하단에 연결된 액체라인(220)을 통해 주입되는 것을 특징으로 한다. 슈라우드(200)에 작동유체를 공급하는 펌프 등의 구성을 줄일 수 있어, 간소화를 통한 비용을 절감하고 발생되는 열을 줄일 수 있는 효과가 있다.

진공용기(100) 내에 복수개의 온도센서(230)가 배치되되, 일부는 슈라우드(200)의 외면을 따라 배치된다. 액체라인(220)부터 슈라우드(200)의 하측까지 일정 간격 이격 배치되어 위치에 따른 작동유체의 온도변화를 측정하는 것을 특징으로 한다. 슈라우드(200)와 일정간격 이격되어 배치될 수 있으며, 슈라우드(200) 하측부터 기체라인(210)까지 온도센서(230)가 배치될 수 있으며, 온도센서(230)의 위치를 한정하지 않는다.

진공 용기의 내부 온도 및 주입되는 작동유체의 온도변화를 관찰을 통해 공급되는 작동유체의 온도를 제어하여 빠른 시간 안에 요구되는 온도의 환경을 구현할 수 있다.

도 4는 액화탱크와 압력탱크에 대한 확대도이다. 도 4를 참고하면, 액화탱크(300)는 슈라우드(200)의 액체라인(220)과 기체라인(210)이 연결되어 있으며, 압력탱크(400)와 연결되도록 연결라인(320)이 액화탱크(300)의 상단에 연결된다. 압력탱크(400)는 가스 상태의 작동유체를 외부로 배출하는 가스배기라인(511)과 가스 상태의 작동유체를 공급받는 가스공급라인(521)을 포함한다. 가스배기라인(511)과 가스공급라인(521)은 밸브에 의해 외부와 차단되어 내부가 밀폐계를 형성한다.

액화탱크(300)는 상단에 극저온 냉동기(310)가 배치되어 상단에 연결된 기체라인(210)과 연결라인(320)을 통해 공급되는 기체상태의 작동유체를 액화시킨다. 액화탱크(300)는 내부에 배치된 극저온 냉동기(310)는 하나 이상 배치되며, 진공용기(100)의 내부온도에 따라 작동되는 수와 시간이 제어되는 것을 특징으로 한다. 요구되는 온도와 현재 진공용기(100) 내부의 온도 차가 클 경우 다수의 극저온 냉동기(310)가 가동되며, 온도차가 크지 않거나, 요구되는 온도와 동일하여 유지할 경우 가동되는 극저온 냉동기(310) 수를 줄여 소비되는 전력소모를 줄이도록 한다.

밀폐계는 압력탱크(400)를 포함하고 있으며, 내부 압력을 제어하는 역할을 한다. 압력탱크(400)는 내부 압력은 가스 상태의 작동유체의 공급 및 배출을 통해 압력이 제어되며, 압력을 측정하는 압력센서(410) 및 압력게이지(420)를 포함하고, 비상시를 대비한 안전변(430)을 포함한다.

본 발명은 작동유체의 포화곡선을 이용한 것으로 압력탱크(400), 즉, 밀폐계는 가스를 공급받아 압력을 높일 경우, 상대적으로 높은 온도에서 작동유체가 액화되고, 밀폐계 내의 가스를 배출하여 압력을 낮출 경우, 상대적으로 낮은 온도에서 작동유체가 액화되는 특징을 이용한 원리이다.

요구되는 온도가 현재 온도보다 낮을 경우, 압력탱크(400)와 연결된 가스배기라인(511)을 통해 가스를 배출한다. 이때, 대기압보다 낮은 압력이 요구될 경우 진공펌프가 배치될 수 있다. 요구되는 온도가 현재 온도보다 높은 경우 압력탱크(400)와 연결된 가스공급라인(521)을 통해 가스를 공급받아 밀폐계의 압력을 높이도록 한다.

도 5는 압력탱크(400)와 제어장치(500)에 대한 확대도이다. 도 5를 참고하면, 압력탱크(400)는 외부와 연결되는 가스배기라인(511) 및 봄베(600)와 연결되는 가스공급라인(521)과 연결된다. 제어장치(500)는 압력탱크(400)의 압력센서(410)를 통해 압력이 입력되어, 가스배기라인(511)의 배기밸브(510)와 가스공급라인(521)의 공급밸브(520)를 개폐여부를 출력하는 것을 특징으로 한다.

제어장치(500)는 진공용기(100)에 요구되는 온도, 즉, 요구되는 우주환경 조건을 입력받아 본 발명의 구성을 제어하여 우주환경을 구현한다. 작동유체의 포화온도를 요구되는 우주환경 조건과 일치하기 위해 제어장치(500)는 압력센서(410)를 통해 압력탱크(400)의 압력을 입력받고, 배기밸브(510)와 공급밸브(520)의 개폐를 통해 압력을 제어한다.

이때, 본 발명의 특징을 작동유체의 포화온도와 요구되는 온도가 일치하는 것으로 한정하지 않으며, 신속하게 요구되는 온도에 도달되도록 포화온도를 요구되는 온도보다 높거나 낮은 온도로 설정할 수 있다.

제어장치(500)는 압력탱크(400)에 연결된 압력센서(410)를 통해 작동유체의 포화온도를 연산하는 연산부를 포함한다. 제어장치(500)는 작동유체의 상변화에 대한 데이터를 포함하고 있으며, 상변화 데이터를 통해 밸브(510, 520)를 제어하고, 작동유체의 포화온도에 해당하는 밀폐계의 압력을 형성한다. 상변화 데이터에 대한 내용은 도 6을 통해 후술하도록 한다.

또한, 제어장치(500)는 하나 이상의 극저온 냉동기(310)와 연결되어 요구되는 온도와 설정된 온도를 도달하기 위한 시간을 고려하여 작동이 필요한 극저온 냉동기(310)의 수와 시간을 제어할 수 있다.

또한, 제어장치(500)는 슈라우드(200)를 따라 배치된 복수의 온도센서(230)와 연결되어 작동유체의 이동에 따라 온도변화 데이터를 제공받아 압력을 제어하는 특징을 가지고 있다.

즉, 제어장치(500)의 연산부는 진공용기(100)를 요구되는 온도가 입력된 경우, 온도센서(230)와 압력센서(410)를 통해 현재 정보를 제공받고 복수의 밸브 및 가동되는 극저온 냉동기(310)의 수를 제어하여 예상시간을 도출할 수 있다.

종래 기술의 문제점을 상기 시키면, 액화된 극저온 봄베(600)를 연결할 경우, 취급 및 관리가 어려운 단점이 있다. 본 발명은 압력탱크(400)와 봄베(600)가 연결되어 작동유체를 공급받되, 봄베(600)는 기체상태의 상온의 작동유체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 액화탱크(300) 내에 극저온 냉동기(310)가 구비되어 있어, 작동유체는 액화되어 슈라우드(200)에 공급된다.

도 6은 일반적인 상변화 그래프이다. 도 6을 참고하면, 작동유체가 슈라우드 내에 공급되도록 액화되는 범위는 작동유체의 삼중점 온도에서 임계점 온도 사이 범위이다. 각 지점의 온도에 따른 삼중점의 압력과 임계압력 내의 압력을 제공하여 우주환경을 구현한다. 예를 들어 작동유체를 질소로 선택하여 공급할 경우, 질소의 삼중점의 온도는 영하 210℃이고, 삼중점에 대한 압력은 12.53kPa이다. 질소의 임계점의 온도는 영하 146.96℃이고, 임계점에 대한 압력은 3.3978MPa이다. 제어장치는 배기밸브와 공급밸브를 제어하여 12.53kPa 내지 3.3978MPa의 압력을 형성하고, 액화된 작동유체를 통해 진공용기 내를 영하 210℃ 내지 영하 146.96℃의 온도를 형성한다.

[2] 본 발명의 우주환경 구현 방법

위 서술한 특징을 갖는 본 발명의 극저온 우주환경 구현장치를 이용한 우주환경 구현 방법을 도 2를 참고하여 설명하도록 한다.

우주환경 구현장치를 이용한 우주환경 구현방법에 있어서, 제어장치(500)는 압력탱크(400) 내로 유체를 유입 또는 배출하여 밀폐계의 압력을 제어하는 압력조절단계 상기 압력조절단계 이후, 극저온 냉동기(310)는 공급된 작동유체를 액화시키는 액화단계 상기 액화단계 이후, 액화된 작동유체는 중력방향으로 이동되어 슈라우드(200) 내부로 유입되는 유입단계 및 유입단계 이후, 슈라우드(200)와 진공용기(100) 내부와 복사열교환이 이루어지는 열교환단계를 포함한다.

압력조절단계는 제어장치(500)에서 밀폐계의 압력을 입력받아 배기밸브와 공급밸브의 개폐를 제어하는 단계이다. 배기밸브와 공급밸브를 통해 기체상태의 작동유체를 공급받거나 배기함으로써 내부 압력을 요구되는 압력으로 조정한다.

또한, 압력조절단계는 밀폐계 내부의 압력을 낮출 경우, 작동유체를 외부로 배출하는 감압단계와 밀폐계 내부의 압력을 높일 경우, 상온의 작동유체가 내장된 봄베(600)로부터 작동유체를 공급받아 가압하는 가압단계를 포함한다. 감압단계는 기체상태의 작동유체를 배기밸브를 통해 외부로 배출하며, 필요에 따라 펌프를 이용하여 밀폐계 내부 압력을 감압시킨다. 가압단계는 필요에 따라 가압장치가 구비되거나, 복수개의 봄베(600)와 연결되어 가압한다.

액화단계는 상기 압력조절단계에서 조절된 압력 상에서 기체상태의 작동유체가 액화되는 단계이다. 밀폐계 또는 공급된 기체상태의 작동유체는 액화탱크(300) 내에 구비된 하나 이상의 극저온 냉동기(310)에 의해 액화된다. 이때, 액화된 작동유체의 온도는 포화온도와 동일하며, 액화된 작동유체는 미리 조절된 압력에 대응하는 온도의 작동유체로 형성된다. 액화를 통해 압력이 낮아지거나, 기화로 인해 높아진 압력은 제어장치(500)에서 지속적으로 조정된다.

유입단계는 액화된 작동유체가 중력방향으로 이송되어 슈라우드(200) 내부로 공급되는 단계이다. 액화탱크(300)는 슈라우드(200)보다 상측에 배치되고, 액화된 작동유체가 공급되는 액체라인이 액화탱크(300)의 하면 또는 하단에 배치되어 있어, 액화된 작동유체가 추가적인 힘이 공급되지 않고 슈라우드(200) 내부로 공급된다.

열교환단계는 슈라우드(200) 내부에 공급된 작동유체는 진공용기(100) 내부와 열교환을 하는 단계이다. 이때, 열교환은 복사 형태의 열교환이 이루어지며, 열교환을 통해 요구되는 온도의 우주환경이 조성된다.

열교환단계 이후, 열교환이 이루어진 작동유체는 기화되되, 액화탱크(300)로 이동되어 다시 액화단계를 반복하는 재생단계를 더 포함한다. 슈라우드(200)로 공급된 액화된 작동유체는 열교환을 통해 기화되어 가스라인을 통해 액화탱크(300)로 이송된다. 이송된 기체상태의 작동유체는 극저온 냉동기(310)에 의해 액화되어 슈라우드(200)에 공급된다. 밀폐계는 액화탱크-액체라인-슈라우드-기체라인-액화탱크 순으로 순환구조를 가지고 있어, 소모되는 작동유체의 양을 줄일 수 있는 효과가 있다. 가스라인은 액화탱크(300)의 상단 또는 상면에 연결되어 액화된 작동유체가 이동되는 것을 방지한다.

본 발명의 우주환경 구현 방법은 압력조절단계 이전, 제어장치(500)가 요구되는 온도조건을 입력받는 조건입력단계와 조건입력단계 이후, 요구되는 온도조건을 입력받아 온도를 구현하기 위해 조절될 압력을 연산하는 연산단계를 포함한다.

조건입력단계는 진공용기(100)의 내의 압력과 온도가 입력된다. 요구되는 압력은 진공용기(100)와 연결된 진공펌프(110)를 통해 구현되며, 온도는 진공용기(100) 내에 배치된 슈라우드(200)와 열교환을 통해 구현된다.

온도 구현을 위해 연산단계는 공급되는 작동유체의 상변화 데이터를 가지고 있는 연산부를 포함한다. 연산부는 복수의 밸브 개폐 여부 및 가동되는 극저온 냉동기(310)의 수를 연산하며, 제어장치(500)를 통해 각 구성을 구동시킨다.

또한, 연산부는 온도센서(230)와 압력센서(410) 및 각 구성의 사양을 통해 요구되는 압력 및 온도에 도달되는 시간을 예상할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 진공용기 110 : 진공펌프
200 : 슈라우드
210 : 기체라인 220 : 액체라인 230 : 온도센서
300 : 액화탱크
310 : 극저온 냉동기 320 : 연결라인
400 : 압력탱크
410 : 압력센서 420 : 압력게이지 430 : 안전변
500 : 제어장치
510 : 배기밸브 511 : 가스배기라인
520 : 공급밸브 521 : 가스공급라인
600 : 봄베

Claims (14)

1. 진공펌프를 통해 진공상태를 유지하는 진공용기;
   상기 진공용기의 내부에 배치되고, 작동유체가 공급되어 진공용기 내부와 열교환이 이루어지는 슈라우드;
   상기 슈라우드의 양단이 연결되며, 작동유체를 액화시키는 극저온 냉동기를 포함하는 액화탱크;
   상기 액화탱크와 연결되고, 기체상태의 작동유체가 공급되는 가스공급라인, 및 기체상태의 작동유체가 배출되는 가스배기라인이 연결된 압력탱크; 및
   상기 슈라우드, 상기 액화탱크 및 상기 압력탱크는 밀폐계를 유지하며,
   요구되는 작동유체의 온도에 따라 밀폐계 내부의 유체 포화압력을 조절하도록 상기 가스공급라인의 공급밸브 및 상기 가스배기라인의 배기밸브를 제어하는 제어장치를 포함하는 우주환경 구현장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 슈라우드에 공급된 작동유체와 상기 진공용기의 내부가 복사 열교환하는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 액화탱크는 슈라우드의 상측에 배치되며,
   상기 액화탱크의 상단에 연결되고 슈라우드에서 기화된 작동유체를 공급받는 기체라인 및
   상기 액화탱크의 하단에 연결되고 슈라우드로 액화된 작동유체를 공급하는 액체라인을 포함하고,
   액화된 작동유체가 중력방향으로 이동되어, 상기 슈라우드의 내부로 주입되는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 진공용기 내에 복수개의 온도센서가 상기 슈라우드를 따라 배치되고,
   상기 액체라인에서 상기 슈라우드의 하측까지 일정 간격 이격 배치되어
   위치에 따른 작동유체의 온도변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 액화탱크는
   상기 극저온 냉동기가 하나 이상 배치되며, 진공용기의 내부온도에 따라 작동되는 수와 시간이 제어되는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 압력탱크는 내부 압력을 높이기 위해 봄베로부터 기체상태의 작동유체를 공급받는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
7. 삭제
8. 제 6항에 있어서
   상기 봄베는 상온의 질소가스가 포함된 봄베가 구비되는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제어장치는
   상기 압력탱크에 연결된 압력센서를 통해 작동유체의 포화온도를 연산하는 연산부를 포함하는 우주환경 구현장치.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는 작동유체의 삼중점 온도와 임계 온도 사이 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현장치.
    
11. 제1항의 우주환경 구현장치를 이용한 우주환경 구현방법에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 압력탱크의 내부로 유체를 유입 또는 배출하여 밀폐계의 압력을 제어하는 압력조절단계;
    상기 압력조절단계 이후, 상기 극저온 냉동기는 공급된 작동유체를 액화시키는 액화단계;
    상기 액화단계 이후, 액화된 작동유체는 중력방향으로 이동되어 슈라우드 내부로 유입되는 유입단계; 및
    상기 유입단계 이후, 상기 슈라우드와 상기 진공용기 내부와 복사열교환이 이루어지는 열교환단계;
    를 포함하는 우주환경 구현방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 압력조절단계는
    밀폐계 내부의 압력을 낮출 경우, 작동유체를 외부로 배출하는 감압단계와
    밀폐계 내부의 압력을 높일 경우, 상온의 작동유체가 내장된 봄베로부터 작동유체를 공급받아 가압하는 가압단계를 포함하는 우주환경 구현방법.
    
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 액화단계는
    상기 압력조절단계에서 조절된 압력에 따라 작동유체의 포화온도가 변경되는 것을 특징으로 하는 우주환경 구현방법.
    
14. 제 11항에 있어서,
    상기 열교환단계 이후, 열교환이 이루어진 작동유체는 기화되되, 상기 액화탱크로 이동되어 다시 액화단계를 반복하는 재생단계를 더 포함하는 우주환경 구현방법.

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