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신동원(Dong Won Shin),김동락(Dong Lak Kim),양형석(Hyung Suk Yang),최연석(Yeon Suk Choi) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5
액체질소 온도부근에서 작동하는 고온초선도 케이블 시스템을 개발하기 위해서는 고온초전도 케이블 시스템에 사용되는 극저온 절연재료의 정확한 열물성 자료가 필요하다. 금속재료와 달리, 비금속 계열의 재료는 열저항이 크기 때문에 정확한 열 유입량을 측정하기 위해서는 특별한 주의가 요구된다. 본 연구에서는 극저온 냉동기를 이용하여 30K 부터 상온 사이에서 절연재료의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 설계와 제작과정을 포항한 열전도도 측정 시스템을 자세하게 기술 하였다. 또한 상온으로부터 침입하는 불가피한 열유입량을 최소화하기 위한 열전도도 측정 시스템의 최적화 과정을 소개한다. The thermal property of insulation material is essential to develop the high temperature superconductor (HTS) power cable operated around liquid nitrogen temperature. Unlike metallic material, nonmetallic material has a high thermal resistance, therefore special attention needs to be paid to estimate heat flow correctly. The objective of the present work is to develop a precise instrument for measuring the thermal conductivity of insulating materials over a temperature range from 30K to near room temperature using a cryocooler. The details of thermal conductivity measurement system including design and fabrication process is described in the paper. In addition, the design optimization to minimize unavoidable heat leakage from room temperature is presented.
김명수(Kim Myung Su),최연석(Choi Yeon Suk),김동락(Kim Dong Lak),이윤아(Lee Yun A) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.11
Measurement of thermal contact resistance is one of the important components for the development of conduction-cooled superconducting magnet system because the metal is thermally connected to the refrigerator or heat sink to cool the superconducting magnet without cryogen. The thermal contact resistance occurs at the interface between metals and the amount of resistance can be affected by variable factors, such as surface roughness, contact area, and contact pressure. In the magnet system, there are several metal components in contact with each other for cooling superconducting magnet as well as supplying current to the magnet. Therefore, temperature gradient exists between superconducting magnet and refrigerator. In this study we designed the system for the characteristic measurement of thermal contact resistance of copper that mainly used for heat transfer at the conduction-cooled superconducting magnet system. We measured thermal resistance between copper surfaces for the temperature range between 35 to 80 K. The effect of contact pressure on the thermal contact resistance is also discussed.
신동원(Dong Won Shin),김동락(Dong Lak Kim),양형석(Hyung Suk Yang),최연석(Yeon Suk Choi) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.1
액체질소 온도부근에서 작동하는 고온초전도 케이블 시스템을 개발하기 위해서는 고온초전도 케이블 시스템에 사용되는 극저온 절연재료의 정확한 열물성 자료가 필요하다. 금속재료와 달리, 비금속 계열의 재료는 열저항이 크기 때문에 정확한 열 유입량을 측정하기 위해서는 특별한 주의가 요구된다. 본 연구에서는 극저온 냉동기를 이용하여 30K부터 상온 사이에서 절연재료의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 설계와 제작과정을 포함한 열전도도 측정 시스템을 자세하게 기술하였다. 또한 상온으로부터 침입하는 불가피한 열유입량을 최소화하기 위한 열전도도 측정 시스템의 최적화 과정을 소개한다. The thermal property of insulation material is essential in developing a high-temperature superconductor (HTS) power cable to be operated at around liquid-nitrogen temperature. Unlike metallic materials, nonmetallic materials have a high thermal resistance; therefore, accurate estimate of the heat flow is difficult in the case of nonmetallic materials. The aim of this study is to develop an instrument for precisely measuring the thermal conductivity of insulating materials over a temperature range of 30 K to approximately the room temperature by using a cryocooler. The details of the thermal-conductivity measurement system, including the design and fabrication processes, are described in this paper. In addition, the design optimization to minimize unavoidable heat leakage from room temperature is discussed.
정원묵(Won-Moog Jung),김동락(Dong-Lak Kim),양형석(HyungSuk Yang),이병섭(Byoung-Seob Lee),황시돌(Si-Dole Hwang) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5
MLI(Multi-Layer Insulation) is widely used to get highly insulating efficiency on cryogenic system in order to reduce heat loads. In this study, The heat loads from the environment for an annular cylinder cryostat such as HTS(High Temperature Superconducting) power cable system were measured by liquid nitrogen boil-off calorimetry for investigating the thermal characteristics on MLI. The cryostat consists of test vessel and two guard vessels which located at both end sides of test vessel. In order to prevent radiation heat load through the both end sides of the test vessel, the guard vessels are filled with liquid nitrogen. The measured heat loads are compared with the calculated them.
김명수(Myung Su Kim),최연석(Yeon Suk Choi),김동락(Dong Lak Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.1
극저온시스템에서는 측정하려는 온도의 범위, 온도센서의 형상 및 정확도 등을 고려하여 온도센서를 선택하여 사용한다. 이 중 온도센서의 정확도는 실험 신뢰성의 매우 중요한 요소이다. 극저온용 온도센서의 교정을 위해서 2단 극저온냉동기를 이용하여 시스템을 개발하였다. 극저온냉동기의 1단부에 열 차폐층을 설치하고 MLI(Multiple layer insulation)을 이용하여 외부로 부터의 열 침입을 최소화 하였다. 그리고 시간과 비용의 절약을 위해 동시에 다수의 온도센서를 교정하기 위한 센서홀더를 개발하여 20개 이상의 센서를 동시에 교정할 수 있도록 하였다. 또한 히터를 사용하여 온도조절을 통해 다양한 온도에서의 온도교정이 가능하도록 하였다. 본 논문에서는 온도센서 교정시스템의 설계 및 제작 그리고 대표적인 온도 교정 실험 결과를 소개한다. The selection of the temperature sensor in a cryogenic system depends on the temperature range, shape, and accuracy. An accurate temperature sensor is essential for improving the reliability of an experiment. We have developed a calibration system for cryogenic temperature sensors using a two-stage cryocooler. To reduce the heat load, a thermal shield is installed at the first stage with multiple layer insulation (MLI). We have also developed a sensor holder for calibrating more than 20 sensors simultaneously in order to save time and reduce costs. This system can calibrate sensors at variable temperatures via temperature control using a heater. In this paper, we present the design and fabrication of the temperature sensor calibration system and a representative experimental result.
최연석(Yeon Suk Choi),김동락(Dong Lak Kim),신동원(Dong Won Shin) 대한설비공학회 2011 설비공학 논문집 Vol.23 No.2
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.