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기계저널 : 大韓機械學會誌, v.53 no.4 = no.389, 2013년, pp.24 - 28
홍용주 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) , 박성제 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) , 염한길 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부)
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| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 극저온 냉동기에서 작동유체로 주로 수십 기압의 고순도 헬륨가스를 사용하는 이유는 무엇인가? | 2 K)로부터 액체 질소 온도(77 K)까지의 영역에서 동작하는 대표적인 극저온 냉동기로는 스털링(Stirling)냉동기, G-M(GiffordMcMahon)냉동기, 맥동관(Pulse Tube)냉동기, 쥴톰슨 (Joule-Thomson)냉동기, 역브레이튼(Reverse-Brayton) 냉동기를 들 수 있다. 이들 극저온 냉동기는 극저온의 온도영역에서 안정적인 운전특성 및 소형화를 달성하기 위해 작동유체로 주로 수십 기압의 고순도 헬륨가스를 사용한다. 냉동기는 헬륨가스의 고유한 특성으로 인해 압축과정에서 발생하는 과도한 열을 제거하기 위해 열교환기가 요구되며, 가스의 누설을 억제하기 위한 구조, 불순물로 인한 가스오염을 방지하는 기술 등이 부가적으로 요구되며 이는 냉동기의 구조, 비용, 수명 측면에서의 부담으로 작용하게 된다. | |
| 극저온 냉동기 중 재열식 냉동기에 대해 설명하시오. | 극저온 냉동기는 사용하는 열교환기의 방식에 따라 재열(recuperative) 사이클과 재생(regenerative) 사이클로 구분할 수 있다. 재열식 냉동기로는 쥴톰슨냉동기와 역브레이튼냉동기를 들 수 있으며 작동온도에 따라 아르곤, 질소, 네온, 헬륨 등의 가스를 작동유체로 사용하며, 압축기에서 고압으로 압축된 가스가 일정하게 저온의 팽창기로 공급되는 구조를 지니고 있어 저온부의 진동이 작고 온도안정성이 높은 장점이 있으며, 특히 저온부의 기계적 구동부가 없는 쥴톰슨냉동기의 경우 초소형 냉동기의 구현이 가능하다. 쥴톰슨냉동기는 수백기압의 고압 가스가 급속히 팽창할 때 발생하는 냉각효과를 이용하는 냉동기로서, 구조가 단순하고, 소형일 뿐만 아니라 수 초 수준의 급속한 냉각이 가능한 장점이 있어 주로 유도무기용 적외선 검출기의 냉각에 사용되고 있다. | |
| 액체헬륨 온도(4.2 K)로부터 액체 질소 온도(77 K)까지의 영역에서 동작하는 극저온 냉동기에는 무엇이 있는가? | 극저온 냉동기에서 냉동은 가스의 압축, 팽창과정에서 발생하는 온도변화에 기반을 두고 있으며, 산업현장에서 많이 사용되는 액체헬륨 온도(4.2 K)로부터 액체 질소 온도(77 K)까지의 영역에서 동작하는 대표적인 극저온 냉동기로는 스털링(Stirling)냉동기, G-M(GiffordMcMahon)냉동기, 맥동관(Pulse Tube)냉동기, 쥴톰슨 (Joule-Thomson)냉동기, 역브레이튼(Reverse-Brayton) 냉동기를 들 수 있다. 이들 극저온 냉동기는 극저온의 온도영역에서 안정적인 운전특성 및 소형화를 달성하기 위해 작동유체로 주로 수십 기압의 고순도 헬륨가스를 사용한다. |
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