• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.20-24
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• 2020

The purpose of this analytic study is to design and examine an efficient hydrogen liquefaction cycle by using a pre-cooler. The liquefaction cycle is primarily comprised of a pre-cooler and a refrigerator. The fed hydrogen gas is cooled down from ambient temperature (300 K) to the pre-cooling coolant temperature (either 77 K or 120 K approximately) through the pre-cooler. There are two pre-cooling methods: a single pre-coolant pre-cooler and a cascade pre-cooler which uses two levels of pre-coolants. After heat exchanging with the pre-cooler, the hydrogen gas is further cooled and finally liquefied through the refrigerator. The working fluids of the potential pre-cooling cycle are selected as liquid nitrogen and liquefied natural gas. A commercial software Aspen HYSYS is utilized to perform the numerical simulation of the proposed liquefaction cycle. Efficiency is compared with respect to the various conditions of the heat exchanging part of the pre-cooler. The analysis results show that the cascade method is more efficient, and the heat exchanging part of the pre-coolers should have specific UA ratios to maximize both spatial and energy efficiencies. This paper presents the quantitative performance of the pre-cooler in the hydrogen liquefaction cycle in detail, which shall be useful for designing an energy-efficient liquefaction system.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.252-257
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• 2018

본 논문에서는 군용 냉각형 열상장비의 중요한 부품인 냉각기의 MTTF를 개선하기 위한 방법을 제시한다. 일반적인 전자장비는 전자소자의 특성으로 인해 온도, 습도 등 환경요인에 의해 고장발생 가능성이 높다. 그러나 일부 군용과 같이 특수목적용의 장비(열상장비 등)들은 다양한 환경요인들에 노출되어 운용하기 때문에 환경요인을 극복할 수 있도록 설계한다. 다양한 군용 장비 중 지속적으로 사용가능 해야 하는 장비 중 가장 널리 사용되는 장비로 열상장비를 꼽을 수 있다. 특히 화질을 우선시하는 군용의 특성상 냉각형 열상장비를 많이 사용한다. 이러한 군용 냉각형 열상장비는 항시 운용 가능해야 하기 때문에 MTTF는 장비의 중요한 파라미터다. 군용 냉각형 열상장비의 MTTF에 가장 중요한 영향을 미치는 부분은 냉각기 부분이다. 냉각기의 MTTF는 장비 내부 열과 연관이 있으며 열을 저하시켜 MTTF를 증가시킬 수 있다. 이를 위해 기존 장비의 내부열에 대한 시뮬레이션을 수행하였고 이로부터 개선점을 확인할 수 있었으며 내부 구조를 개선하는 방법을 제안하였다. 제안한 개선방법의 효과는 시뮬레이션 및 MTTF계산을 통해 확인한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.605-609
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• 2010

적외선 센서를 사용하는 최신 관측용 장비들을 저온으로 유지하기 위해서는 극저온 컴프레서를 센서에 연결한다. 그러나 컴프레서 진동원으로부터 발생한 외란 힘에 의해 취득 영상 품질이 저하된다. 따라서 고품질의 영상을 얻기 위해 극저온 쿨러에 대한 진동 절연 설계가 필요하다. 본 논문은 수동 진동 절연 방법의 장점을 사용하면서 컴프레서 외란 진동에 대한 높은 절연 성능이 있는 시스템을 연구 및 설계하는 것이다. 수동 진동 흡수기는 컴프레서의 구동 주파수를 고려하여 설계했다. 또한, 특정 외란 진동과 고주파수의 진동도 절연되는 쿨러 절연 브래킷을 설계하였고, 성능 분석을 위한 실험을 수행하였다.

• 동력기계공학회지
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• 제14권2호
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• pp.28-33
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• 2010

In this research, cascade liquefaction process was simulated using two-staged direct expansion with inter-cooler. Evaporated gaseous refrigerant which has low pressure and temperature from the inter-cooler is mixed with gaseous refrigerant from outlet of 1st compressor, and flows into 2nd compressor. Therefore this prevents superheating compression. Compressor work of process which includes inter-cooler to all cycles shows the lowest value of 338.68 MW and it is lower 16.34% than that of basic process. Refrigeration capacity shows decreasing tendency as applied inter-cooler and that of process which includes inter-cooler to all cycles shows the lowest value of 449 MW. COP was increased when the inter-cooler was applied, and process which includes inter-cooler to all cycles shows highest value of 1.33. It shows that COP was increased because decrement of compressor work by applying inter-cooler was higher than decrement of refrigeration capacity.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.731-734
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• 2001

A cryogenic stirling cooler is currently under development at Korea Institute of Industrial Technology(KITECH). Cryocooler has many kinds of types. The stirling cooler is the most appropriate one for under 80K with the trait of long life cycle and small size. The stirling cooler uses helium as a working fluid. Helium is pressurized by the linear compressor which is driver by linear motor. In this paper, the change of pressure and volume is studied by the isothermal analysis method. It is necessary to investigate the optimized pressure to meets the highest COP. The compressor's piston and expender's displacer interact according to the working fluid's pressure level and the phase difference. This paper presents the relation between the initial pressure and the work of cryocooler. By that results, we can predict the performance of linear compressor.

• 항공우주산업기술동향
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• 제7권2호
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• pp.48-58
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• 2009

1960년대부터 최고 2K까지의 극저온 냉각이 필요한 부품을 탑재하는 위성체의 개발에 극저온 냉각기술들이 채택되어왔다. 최근에는 과학용, 군사용 및 기상관측 임무용등 적외선 광학계를 탑재한 위성개발 프로그램 이 급격히 증가함에 따라 극저온 기술의 괄목할만한 성장을 이루고 있다. 일반적으로 극저온 냉각기술은 적외선 광학계 내에 존재하는 잡음을 최소화하기 위하여 광학 요소 및 검출기를 냉각하는데 사용되며, 요구온도, 열량 및 작동 수명에 따라 요구되는 냉각기술이 달라진다. 본 논문에서는 최근의 우주용 극저온 냉각기술의 동향에 대하여 기술하고자 한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권2호
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• pp.71-78
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• 2024

초기 열설계 과정의 경우 복잡한 궤도 열 환경 조건에서 다양한 설계 변수에 따른 열적 영향성 판단을 해야 하므로, 열 설계/분석에 많은 시간이 소요된다. 따라서, 초기 설계 단계에서 시간을 효율적으로 단축시키기 위해서는 최적의 설계 변수 도출과 이에 따른 온도 예측이 신속히 이루어져야 한다. 상기 문제점에 기인하여 차수축소모델을 활용한 최적 설계 전문 소프트웨어인 Veritrek이 2018년에 출시되었다. 본 논문에서는 Veritrek 소프트웨어를 활용하여 그라파이트시트 기반 냉각기 열 제어 시스템에 대해 차수축소모델 구축과 민감도 분석, 최적 설계 분석을 수행하여 냉각기의 허용온도를 만족할 수 있는 그라파이트시트의 적층 수, 방열판 면적 및 두께에 대한 최적설계 수치를 도출하였다.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제5권1호
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• pp.133-135
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• 2003

Cryogenic systems are requirement for the operation of HTS power cables. In general, HTS power cables require temperature below 77K, a temperature that can be achieved from the liquid nitrogen at latm or sub-cooled LN2 above latm. HTS power cable needs sufficient refrigeration to overcome its low temperature heat loading. This loading typically cones in two forms : (1) heat leaks from the surroundings and (2) internal heat generation. This paper explains the cooling test system of 10m HTS power cable. This system is composed of storage dewar, auto fill system, core cryostat and cold-box. Storage dewar is a LN2 storage tank and auto fill system is a LN2 supply device to the sub-cooler, Core cryostat is a LN2 flow line. Cold box is a control unit of temperature and flow rate. It is composed of control valve, flow meter, sub-cooler and circulation pump, etc..

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.127-131
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• 2003

Foil gas bearing is a noncontact bearing operated by coupled interaction between hydrodynamic pressure of viscous fluid and elastic deformation of foil structure. It has valuable advantages, such as low power loss, long life, oilless environment and low vibration, over conventional bearings for the high speed applications. A high speed BLDC motor adopting the foil bearing has been developed. It is designed to have 38㎾ power at 100,000 RPM for a cryogenic cooler whose operating fluid is neon. In this paper, structural development details especially for the foil gas bearing and rotordynamics are presented.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.71-77
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• 2022

Sub-Kelvin cooling has been generally demanded for the fields of low temperature physics, such as physical property measurements, astronomical detection, and quantum computing. The refrigeration system with a small size can be appropriately introduced when the measurement system does not require a high cooling capacity at sub-Kelvin temperature. The dilution refrigerator which is a common method to reach sub-Kelvin, however, must possess a large ³He circulation equipment at room temperature. As alternatives, a sorption refrigerator and a magnetic refrigerator can be adopted for sub-Kelvin cooling. This paper describes those coolers which have been developed by various research groups. Furthermore, a cold-cycle dilution refrigerator of which the size of the ³He circulation system is minimized, is also introduced. Subsequently, a new concept of dilution refrigerator is proposed by our group. The suggested cooler can achieve sub-Kelvin temperature with a small size since it does not require any recuperator and turbo-molecular vacuum pump. Its architecture allows the compact configuration to reach sub-Kelvin temperature by integrating the sorption pump and the magnetic refrigerators. Therefore, it may be suitably utilized in the low temperature experiments requiring low cooling capacity.