• 항공우주기술
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• 제3권1호
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• pp.205-212
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• 2004

본 연구에서는 액체로켓의 극저온 추진제 공급부에서 요구되는 추진제의 공급 온도를 맞추기 위한 헬륨 가스 분사 냉각에 대한 수류 실험을 수행하여, 헬륨가스 분사에 의한 온도 저감에 대한 실험적 연구를 통한 온도 저감 특성을 고찰하였다. 수류 실험에 사용된 극저온 액체는 액체 질소를 사용하였으며, 냉각을 위한 가스로는 헬륨가스를 사용하였다. 헬륨 분사에 의한 액체 질소 과냉각 현상을 확인할 수 있었으며, v/vL≒0.8min-¹ 조건에서 대략 4분 이내에 최대로 과냉각(subcooling)됨을 알 수 있었다.

• 한국분무공학회지
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• 제27권3호
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• pp.134-143
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• 2022

When a recess is applied to a swirl coaxial injector that uses liquid and gas propellants, a self-pulsation phenomenon in which the spray oscillates at regular intervals may occur. The phenomenon is caused by the interaction between the liquid and gas propellants inside the injector recess region. The propellants' kinetic energies are expected to affect significantly the spray oscillation. Therefore, cold-flow tests using helium as a gas-simulating propellant were conducted and compared with the results of the previous study using air. Dynamic pressure was measured in the injector manifold and frequency characteristics were investigated through the fast Fourier transform analysis. In the experimental environment, the helium density was about seven times lower than the air density. Accordingly, the intensity of pressure fluctuations was confirmed to be greater when air was used. At the same kinetic energy condition, the perturbation frequency was almost identical in the low flow rate conditions. However, as the flow rate increased, the self-pulsation frequency was higher when helium was used.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.213-218
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• 2010

인공위성 적외선 탑재체의 열싱크 역할을 위해, 액체헬륨을 이용하여 극저온패널(가로 약 800 mm, 세로 약 700 mm)을 4.2 K까지 냉각시키는 시스템을 설계, 개발, 검증하였다. 유효직경 8 m, 유효 깊이 10 m의 대형열진공챔버에서 검증된 본 냉각시스템은 500리터 용량의 액체헬륨용기 두 개(극저온 패널로의 액체헬륨 또는 저온헬륨가스 주 공급용기 및 주공급용기로의 재충진용기)를 사용하였는데, 목표인 극저온패널의 냉각 및 온도제어는 주 공급용기 내부의 미세압력조절을 통해 액체헬륨 공급유량을 제어함으로써 이루었다. 극저온패널에 공급된 후 배기되는 저온 헬륨가스는 특별히 설계, 제작된 사중진공배관의 제3층을 흐르며 열차단막의 역할을 수행함으로써, 액체헬륨 공급 라인인 제1층(중심배관)으로의 열유입을 최소화하였다. 극저온패널을 상온에서 40 K(합성표준불확도 194 mK)까지 냉각시키는데 약 3시간이 소요되었으며, 20 W의 열을 발산하는 극저온패널을 40 K 주변 온도에서 1 K 이내의 온도균일도를 가지며 유지할 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제16권2호
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• pp.153-159
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• 2007

KSTAR 장치의 저온 component에 헬륨을 공급하기 위한 헬륨라인은 크게 두 가지로 이루어져 있다. 냉동기에서 KSTAR 저온용기 외부까지의 트랜스퍼 라인과, 저온용기 내부의 헬륨라인이다. KSTAR 장치는 3가지 종류의 헬륨을 사용하여 각 저온 component를 냉각하는데, 초전도 자석 시스템과 버스라인에는 초임계 헬륨, 전류인입장치에는 액체 헬륨, 열차폐체에는 가스 헬륨을 공급한다. 저온용기 내부의 헬륨라인은 냉동기에서 저온용기 근처까지 연결된 배관을 저온용기 내부의 각 장치에 최단거리로 열손실 없이 설치하여 각 장치가 정상 작동하도록 하는데 그 목적이 있다. 저온용기 내부의 헬륨라인은 최대 20bar로 가압되는 운전시간 동안에 헬륨누설 없이 설치되어야 한다. 그리고 상온으로 부터의 복사열을 차단하기 위하여 다층절연제로 배관을 감싸주어야 하고 고전압 부분은 프리프레그 테잎으로 절연되어야 한다. 전기절연체는 세라믹과 스테인레스 스틸 튜브를 브레이징 접합 방법으로 연결하여 만들어진 것으론 배관과 배관, 배관과 저온 component간의 절연을 위해 사용되고, 헬륨라인과 동일하게 4.5K 초임계 헬륨온도에서 누설이 없어야 한다. 따라서 모든 전기절연체는 액체질소에 침전시켜 열충격을 가하고, 내부에 30 bar를 가압하여 진공 누설시험을 한다. 그리고 초전도 자석과 배관의 절연체로 사용되므로 15kV 고전압 절연 검사를 한다. 전기절연체의 세라믹 부분은 구조적 보강을 위하여 추가적으로 표면에 절연 작업을 한다. 현재 대부분의 저온용기 내부의 헬륨 라인은 설치 완료되어 있으며, 최종 검사가 진행 중이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.1171-1175
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• 2017

한국형발사체(KSLV-II) PSD 시스템에 있는 DR 구형 용기의 산화제 가압을 위해서는 극저온 헬륨가스를 사용하고 추진제인 산화제로는 액체 산소를 사용한다. 가압제 용기는 산화제인 액체산소 탱크 내부에 설치되어 있어 가압제가 초저온 상태로 저장되고 산화제는 산화제 탱크에 저장된다. 본 연구에서는 한국형발사체에 적용되는 PSD 산화제 배출밸브에 대한 성능시험을 고찰하였다.

• 설비공학논문집
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• 제23권2호
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• pp.147-152
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• 2011

The cryogenic cooling load from the top plate of cryostat to liquid helium surface, including wall conduction, thermal radiation and current leads, is investigated in a closed cryostat system for superconducting magnet. In general methods of load estimation, individual load is calculated separately, however they are actually coupled each other because of natural convection of helium vapor. Using relevant heat transfer analysis, we calculate cryogenic load with taking into account the effect of natural convection. Cryogenic load is under-estimated approximately 1% when the natural convection is ignored. The difference between actual cooling load and cooling load by individual calculation increases with supplying current.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권5호
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• pp.1154-1161
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• 2016

The heat transfer characteristics between liquid lead bismuth eutectic (LBE) and helium are of great significance for the two-loop cooling system based on an accelerator-driven system (ADS). This paper presents an experimental study on the resistance characteristics and heat transfer performance in a LBE-helium experimental loop of ADS. Pressure drops in the LBE loop, the main heat transfer, and the coupled heat transfer characteristics between LBE and helium are investigated experimentally. The temperature of LBE has a significant effect on the LBE thermo-physical properties, and is therefore considered in the prediction of pressure drops. The results show that the overall heat transfer coefficient increases with the increasing helium flow rate and the decreasing inlet temperature of helium. Increasing the LBE Reynolds number and LBE inlet temperature promotes the heat transfer performance of main heat transfer and thus the overall heat transfer coefficient. The experimental results give an insight into the flow and heat transfer properties in a LBE-helium heat exchanger and are helpful for the optimization of an ADS system design.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.104-104
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• 2015

Due to the demand of the cold neutron flux in the neutron science and beam utilization technology, the cold neutron source (CNS) has been constructed and operating in the nuclear research reactor all over the world. The majority of the heat load removal scheme in the CNS is two-phase thermosiphon using the liquid hydrogen as a moderator. The CNS moderates thermal neutrons through a cryogenic moderator, liquid hydrogen, into cold neutrons with the generation of the nuclear heat load. The liquid hydrogen in a moderator cell is evaporated for the removal of the generated heat load from the neutron moderation and flows upward into a heat exchanger, where the hydrogen gas is liquefied by the cryogenic helium gas supplied from a helium refrigeration system. The liquefied hydrogen flows down to the moderator cell. To keep the required liquid hydrogen stable in the moderator cell, the CNS consists of an in-pool assembly (IPA) connected with the hydrogen system to handle the required hydrogen gas, the vacuum system to create the thermal insulation, and the helium refrigeration system to provide the cooling capacity. If one of systems is running out of order, the operating research reactor shall be tripped because the integrity of the CNS-IPA is not secured under the full power operation of the reactor. To prevent unscheduled reactor shutdown during a long time because the research reactor has been operating with the multi-purposes, the introduction of the standby cooling system (STS) can be a solution. In this presentation, the design considerations are considered how to design the STS satisfied with the following objectives: (a) to keep the moderator cell less than 350 K during the full power operation of the reactor under loss of the vacuum, loss of the cooling power, loss of common electrical power, or loss of instrument air cases; (b) to circulate smoothly helium gas in the STS circulation loop; (c) to re-start-up the reactor within 1 hour after its trip to avoid the Xenon build-up because more than certain concentration of Xenon makes that the reactor cannot start-up again; (d) to minimize the possibility of the hydrogen-oxygen reaction in the hydrogen boundary.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제40권7호
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• pp.561-570
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• 2008

When reactivity insertion such as refueling occurs in CANDU reactors, the power and the water levels are tilted in the upper outer zone of the LZCS (Liquid Zone Control System) and fluctuate unstably for a certain period of time (1-5 days). The instability described above is observed in most CANDU reactors in service around the world, but its root cause is unidentified and no solutions to this problem have been established. Therefore, this study attempted to prove experimentally and analytically that the root cause lies in the hold-up of light water on the top of the TSP (Tube Support Plate) due to the mismatch between net volumetric flow rate of light water and helium crossing the narrowed porous TSP installed within the LZCS compartment. Our method was to perform a hydrodynamic simulation of in/outflow of light water and helium. Two solutions for the aforementioned instability of LZCS are suggested. One is to regulate the compartment for both inflowing helium gas and outflowing light water; the other is to enlarge the flow paths of helium and light water within TSP. The former may be applicable to nuclear reactors in service and the latter to those planned for construction.

• 한국추진공학회지
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• 제11권2호
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• pp.9-17
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• 2007

기체공급계 추진제공급시스템의 재순환배관에 대하여 성능시험을 수행하였다. 극저온 추진제로 액체 산소를 사용하고 재순환촉진용 분사가스로는 헬륨을 사용하여 탱크 얼리지가 대기압 상태인 경우와 4 bars로 가압된 경우에 대하여 시험하였다. 자연재순환의 발생여부와 헬륨분사량에 따른 액체산소의 재순환량 변화 및 배관 내부 온도분포를 파악하였고, 주어진 규격의 배관시스템에 대한 적정 헬륨분사량과 터보펌프 전단의 추진제 온도상승 정도를 살펴보았다. 시험데이터를 이용하여 재순환배관의 성능계산을 위한 프로그램을 작성하고 시험과 계산결과를 비교하였다.