위상조절기를 이용한 극저온용 자유피스톤 왕복동식 팽창기 개발

Abstract

팽창기란 고압의 가스를 팽창시켜 유용 일 추출 및 저온에 도달 시키는 기계적 기구이며 그 중 자유피스톤 왕복동식 팽창기는 피스톤에 기계적 연결부를 제거한 형태이다. 자유피스톤 왕복동식 팽창기는 피스톤을 움직일 수 있는 연결부가 없기 때문에 피스톤이 피스톤 양단(고온부 및 저온부)의 압력차이에 의해서만 움직이게 되며 이 압력차이를 조절하여 팽창 사이클을 구성하는 것이 자유피스톤 방식의 주요 기술이다. 기존 방식은 고온부의 압력을 여러 개의 미리 설정되어 있는 압력의 저장소와 각 저장소와 연결된 솔레노이드 밸브를 조작하여 피스톤의 움직임을 제어하였지만 이와 같은 방식의 팽창기는 다수의 저장소 및 솔레노이드 밸브를 사용한다는 점에서 시스템이 복잡하다는 단점이 있다. 그래서 본 연구에서는 기존 방식의 팽창기보다 더 단순한 새로운 형태인 위상조절기를 이용한 극저온 자유피스톤 왕복동식 팽창기를 세계 최초로 제안하고, 성능 예측 모델을 개발 및 검증하였으며 설계 방향을 제시하였다.