• Aerospace Engineering and Technology
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• v.3 no.1
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• pp.205-212
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• 2004

In this paper, to satisfy the temperature requirement of turbopump-inlet condition, the cooling of cryogenic propellant is performed at the simulated suction-line of the Launch Vehicle. The cooling method is by using gas helium injection. This paper investigates the effect of helium injection on liquid nitrogen, which simulates the liquid oxygen. By using helium injection, subcooling of liquid nitrogen can be achieved and in the condition of v/vL≒0.8min-¹ approximately in four minutes subcooling temperature can be achieved.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.7 no.1
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• pp.10-17
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• 2003

The steady and transient thermal and flow analysis for liquid helium using for the pressurization of liquid rocket propellant tanks have been conducted numerically. The required inner diameter of helium channel that satisfy the design mass flow rate and velocity, through the steady state analyses for various thermal conditions at the wall, is determined and it is found that due to the sign of Joule-Thomson coefficient of helium, the temperature of helium increase monotonically for adiabatic wall condition. The temporal behavior of helium temperature, density, velocity are also investigated under the existence of local heat inflow on the wall.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• v.y2005m4
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• pp.179-182
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• 2005

Test of liquid oxygen sub-cooling by helium injection, which is one of the method of temperature conditioning of cryogenic propellant in liquid propulsion rocket, is performed. The sub-cooling effect at different He injection flow rate with the same initial liquid oxygen mass is compared. Test results showed liquid oxygen temperature decrease of $5\sim6^{\circ}C$ under test condition. And the required time for cooling is inversely proportional to He injection flow rate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.171-171
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• 2011

헬륨냉동계통은 연구용 원자로인 하나로에서 냉중성자를 생산할 수 있도록 설치된 수조내기기 내의 감속재인 수소가 정상적으로 열 사이펀을 유지하기 위한 주요 계통이다. 헬륨냉동계통은 헬륨가스를 압축하는 헬륨 압축부분과 헬륨가스를 팽창시켜 저온을 생성시키는 헬륨 팽창부분으로 나누어진다. 헬륨 압축부분은 두 개의 스크류가 맞물려 회전하면서 약 1.05 bar(a)의 헬륨가스를 최대 13 bar(a)까지 압축시키는 압축기가 있으며, 헬륨 팽창부분인 냉동박스의 팽창 터빈은 self-acting gas bearing에 의해 구동되며, 저온모드 운전 시작시 헬륨 압축부분에서 일부의 가스는 팽창 터빈 축(shaft)으로 유입되어 회전속도가 서서히 증가하면서 고속으로 회전하여 극저온의 헬륨가스(14~18 K)를 생성하는 주요 기기이다. 헬륨을 팽창하는 부분인 냉동박스 내로 헬륨 압축가스를 유입하기 전에 압축된 헬륨가스 내 불순물의 순도를 분석하여 냉동박스의 주요 부품인 팽창터빈의 운전에 영향을 미치지 않는 것이 가장 중요하다. 따라서 헬륨 저압측에 헬륨가스 내 불순물 즉, 수소($H_2$), 수분($H_2O$), 질소($N_2$), 탄화수소류(CxHy) 및 오일(Oilaerosol) 등의 함량을 분석하기위해 가스 분석기가 설치되어 있으며, 냉동박스 내로 유입되기 전에 헬륨압축에서 순환되는 가스 내 불순물인 수분, 질소, 탄화수소류 및 오일은 10 vpm 이하이어야 하며, 수소 함량은 0.1 % 이내이어야 한다. 헬륨 압축부분에서 순환되는 가스의 불순물이 요구 조건에 만족하도록 헬륨 고압측과 헬륨 저압측에 cryogenic adsorber를 설치하여 가스 내 불순물을 제거하는 가스순도제어 작업을 수행해야 한다. cryogenic adsorber를 사용하기 위해서는 장치 내의 불순 가스를 공정진공도(1.33 X $10^{-3}$ mbar) 이하로 진공배기하는 작업이 매우 중요하다. 이는 계통의 헬륨가스가 오염되지 않도록 하는 것으로 cryogenic adsorber 내에는 액체질소를 충전하여 액체질소 온도에 노출된 활성탄층을 헬륨가스가 흐르면서 수분, 질소, 탄화수소류 및 오일 등이 제거된다. 이 논문에서는 헬륨냉동계통의 가스 순도 제어 작업을 통해 헬륨가스의 순도가 요구조건 이하로 만족하며, 팽창 터빈의 운전에 영향을 미치지 않음을 기술하고자 한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07b
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• pp.747-749
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• 2002

초전도 마그네트 시스템의 냉각방법 중, 액체 헬륨등의 극저온 유체를 이용한 액체냉각방식이 극저온 냉동기를 이용한 직접 전도냉각 방식에 비해 신뢰도가 높은 열적 안정성으로 인하여 현재도 많은 초전도 마그네트 시스템이 액체냉각방식을 이용하고 있다. 그러나, 고가의 극저온 액체의 재충전으로 인하여 경제성이 낮고 취급이 불편한 단점이 있다 이러한 액체냉각방식의 단점을 보완하고자 극저온 유체를 시스템 안에서 직접 응축하여 재충전을 하지 않는 재응축형 시스템을 개발하여 실험하였다. 실험에 사용한 초전도 마그네트 시스템은 상온보아 1270 mm. 최대자장 0.3 T로 설계되었고, 금속 전류도입선과 HTS 전류도입선을 복합적으로 사용하였으며, 복사차폐막 냉각용 극저온 냉동기와 헬륨 재응축용 극저온 냉동기를 사용하였다. 초전도 마그네트는 200 A에서 1600 gauss의 자장으로 운전하였고 극저온 용기에서는 0.05 bar의 압력으로 액체 헬륨이 증발하지 않고 유지되었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.2
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• pp.213-218
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• 2010

A cooling system utilizing liquid helium to chill the cryopanel (800 mm $\times$ 700 mm dimensions) down to 4.2 K was designed, implemented, and tested to verify the role of the cryopanel as a heat sink for the payload of a spacecraft inside the large thermal vacuum chamber (effective dimensions : 8 m ($\Phi$) $\times$ 10 m (L)) of KARI (Korea Aerospace Research Institute). Two LHe (Liquid Helium) Dewars, one for the main supply and the other for refilling, were used to supply liquid helium or cold helium gas into this cryopanel, and flow control for the target temperature of the cryopanel within requirements was done through fine adjustment of the pressure inside the LHe Dewars. The return helium gas from the cryopanel was reused as a thermal barrier to minimize the heat influx on the core liquid helium supply pipe. The test verified a cooling time of around three hours from the ambient temperature to 40 K (combined standard uncertainty of 194 mK), the capacity for maintaining the cryopanel at intermediate temperatures, and a 1 K uniformity over the entire cryopanel surface at around 40 K with 20 W cooling power.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.10 no.4
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• pp.1-10
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• 2006

In this paper, a calculation method of the thermodynamic parameters of cryogenic propellant is proposed when a cryogenic propellant tank is pressurized by gaseous helium(GHe) bubbling. Temperature of cryogenic propellant and mass of dissolved GHe into propellant were analyzed at the various operation of pressurization of tile liquid oxygen(LOX) and hydrogen($LH_2$) tank using helium bubbling. It was evaluated how the GHe bubbling influences to the thermodynamic parameters of LOX and $LH_2$ with results of the analysis. With the proposed calculation method, It will be able to confirm the feasibility of GHe bubbling as a pressurization system of cryogenic propellant tank and to optimize the pressurization system using GHe bubbling.

• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2003.10a
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• pp.67-67
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• 2003

적외선 고감도천문관측 등 우주탑재체에서의 천문관측에서는 망원경 또는 관측용 센서를 4K 또는 그 이하로 냉각하여 고감도 관측을 하고 있다. 이와 관련하여 액체헬륨-4, 초유동헬륨, 액체헬륨-3, magnetic cooling 또는 dilution refrigeration 등의 방법으로 4K∼0.05K 영역까지의 극저온을 얻을 수 있다 우주탑재체에서의 극저온을 발생하는 방법과 본 연구실에서 개발 중인 ∼1K 까지의 극저온 발생장치의 설계 등에 관하여 논의한다.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.5 no.2
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• pp.134-142
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• 2006

Sub-cooling of cryogenic propellant by helium injection is one of the most effective methods for suppressing bulk boiling and keeping sub-cooled liquid oxygen before rocket launch. In order to design the cooling system, understanding of the limitations of heat and mass transfer is required. In this paper, an analytical model for the helium injection system is presented. This model's main feature is the representation of bubbling system using finite-rate heat transfer and instantaneous mass transfer concept. With this simplified approach, the effect of helium injection to liquid oxygen system under several circumstances is examined. Experimental results along with simulations of single bubble rising in liquid oxygen and bubbling system are presented with various helium injection flow rates, and with change of oxygen chamber pressure.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.36 no.3
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• pp.376-382
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• 1992

Liquid helium is an exciting subject for the study of thermodynamic and transport properties because of its remarkable properties. The viscosity of liquid helium exhibits the abnormal behavior compared to other ordinary liquid. Below the $\lambda$ point liquid $^4He$ becomes superfluid, and it is obviously quite a different phenomenon from the change of liquid $^3He$. The brake theory of viscosity proposed by authors is successfully applied to liquid $^3He$, liquid $^4He$, dense gas and 4He with adjustable parameter $V_s$. The calculation results are satisfactory compared with the observed values.