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WO2024262729A1 - 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템 - Google Patents

극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템 Download PDF

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Publication number
WO2024262729A1
WO2024262729A1 PCT/KR2024/000835 KR2024000835W WO2024262729A1 WO 2024262729 A1 WO2024262729 A1 WO 2024262729A1 KR 2024000835 W KR2024000835 W KR 2024000835W WO 2024262729 A1 WO2024262729 A1 WO 2024262729A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
liquid helium
helium
specimen
cryogenic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/000835
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
나영상
김영균
권현준
임가람
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Materials Science KIMS
Original Assignee
Korea Institute of Materials Science KIMS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Materials Science KIMS filed Critical Korea Institute of Materials Science KIMS
Publication of WO2024262729A1 publication Critical patent/WO2024262729A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0228—Low temperature; Cooling means

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a cryogenic tensile test temperature control system, a cryogenic tensile test chamber, and a grip system, and more particularly, to a cryogenic tensile test temperature control system capable of controlling chamber temperature by controlling liquid helium injected into a chamber in which a specimen is mounted to create a cryogenic environment for a cryogenic tensile test, and a cryogenic tensile test chamber and grip system having a cryogenic chamber for a cryogenic tensile test and a grip capable of rapid specimen replacement.
  • a tensile testing machine is a testing device used for tensile testing of materials.
  • Tensile testing can measure the tensile strength, yield point, elongation, and cross-sectional shrinkage of a material.
  • the cryogenic tensile tester mounts the specimen in a liquid nitrogen chamber and performs the tensile test in a cryogenic environment by spraying liquid nitrogen into the chamber.
  • liquid nitrogen has a liquefaction temperature of 77 K, so there is a problem in that it cannot be used for the purpose of measuring the tensile deformation behavior of materials at extremely low temperatures below 77 K or at the level of 4 K.
  • Korean Patent Publication No. 10-2022-0032430 discloses a cooling system including a chamber structure for cryogenic testing.
  • the purpose of the present invention is to provide a test temperature control system for a cryogenic tensile test capable of controlling the chamber temperature by controlling liquid helium injected into a chamber in which a specimen is mounted to create a cryogenic environment for a cryogenic tensile test.
  • the purpose of the present invention is to provide a cryogenic tensile test chamber and grip system capable of improving the efficiency of cryogenic tensile tests.
  • a cryogenic tensile test temperature control system which can control the chamber temperature by controlling liquid helium injected into a chamber in which a specimen is mounted to create a cryogenic environment for a cryogenic tensile test.
  • a cryogenic tensile test temperature control system is a cryogenic tensile test temperature control system that controls a temperature required for a cryogenic tensile test by injecting liquid helium into a chamber that accommodates a specimen
  • the cryogenic tensile test temperature control system comprising: a liquid helium storage unit that stores liquid helium; a liquid helium injection unit that is connected between the liquid helium storage unit and the chamber and injects liquid helium into the chamber; and a liquid helium injection control unit that injects gaseous helium into the liquid helium storage unit and controls the liquid helium injected into the chamber by controlling at least one of the injection amount and injection speed of the gaseous helium, and controls the temperature of the chamber.
  • the liquid helium injection control unit includes a gaseous helium storage unit storing gaseous helium; and a gaseous helium injection unit connected between the gaseous helium storage unit and the liquid helium storage unit and injecting gaseous helium into the interior of the liquid helium storage unit.
  • the gaseous helium storage unit may be a gaseous helium storage tank capable of storing a predetermined gaseous helium at a set pressure.
  • the gaseous helium injection unit includes a gaseous helium transfer line having one end connected to the inside of the gaseous helium storage unit and the other end connected to the inside of the liquid helium storage unit, the gaseous helium transfer line transferring gaseous helium from the gaseous helium storage unit to the liquid helium storage unit; and a gaseous helium injection control valve connected to at least one of the gaseous helium transfer line and controlling at least one of the injection amount and injection speed of gaseous helium injected into the inside of the liquid helium storage unit.
  • the method further comprises: a temperature sensor detecting the temperature of a specimen accommodated in the chamber; and a control unit controlling the gas helium injection control valve to control at least one of the injection amount and injection speed of the gas helium based on the temperature information of the specimen detected by the temperature sensor. Accordingly, by receiving the temperature information of the specimen detected by the temperature sensor as feedback in real time and controlling at least one of the injection amount and injection speed of the gas helium, the liquid helium injected into the chamber can be controlled more precisely, thereby actively controlling the test temperature for the cryogenic tensile test.
  • the gas helium injection control valve includes at least one of a proportional control valve, a solenoid valve, and a mass flow controller (MFC).
  • a proportional control valve a solenoid valve
  • MFC mass flow controller
  • the liquid helium storage unit may be a liquid helium storage tank capable of storing a predetermined amount of liquid helium.
  • the liquid helium injection unit includes: a liquid helium transfer line having one end connected to the inside of the liquid helium storage unit and the other end connected to the chamber, the liquid helium stored in the liquid helium storage unit transferring the liquid helium to the chamber; a connecting pipe connected from the other end of the liquid helium transfer line to the lower end of the chamber, the connecting pipe penetrating the lower end of the chamber and communicating with the interior of the chamber; and a liquid helium injection nozzle connected to the end of the connecting pipe and injecting the liquid helium into the interior of the chamber.
  • a test temperature control system for a cryogenic tensile test may further include a heater heated to a set temperature to control the temperature of liquid helium flowing toward the liquid helium injection nozzle through the connecting pipe.
  • the heater may be located outside the connecting pipe.
  • the connecting pipe includes an inner pipe through which liquid helium flows toward the liquid helium injection nozzle; an outer pipe surrounding the inner pipe at a predetermined interval from the inner pipe; and an insulating material provided between the inner pipe and the outer pipe, and the heater may be built between the inner pipe and the outer pipe.
  • the space between the inner pipe and the outer pipe may be a vacuum to improve insulating properties.
  • the chamber has a chamber space for accommodating a specimen as a subject of a cryogenic tensile test, and can cool the specimen to a cryogenic temperature using liquid helium.
  • the cryogenic tensile tester comprises: a main body having wheels that are installed upright to have a predetermined height and can move forward, backward, left, and right for positional movement; a test drive unit located inside the main body; a load unit that protrudes a set length from the lower portion of the test drive unit, is connected to the upper portion of the grip unit, and applies a load applied by the test drive unit to a specimen held by the grip unit.
  • the test drive unit comprises: a vertically movable body that moves up and down on the upper portion of the inner portion of the main body; a plurality of ball screws that are arranged with a left and right gap on the inner portion of the vertically movable body; a crosshead that is connected in a direction intersecting with the plurality of ball screws and moves up and down along the ball screws by a rotational force transmitted from a servo motor to move the load unit up and down; and a load sensor located between the crosshead and the load unit and detects a load applied to the load unit.
  • the chamber is located at the inner lower portion of the main body, and the specimen is held by the grip portion connected to the lower portion of the load portion. The specimen held by the grip portion is accommodated inside the chamber, and when an ultra-low temperature environment for an ultra-low temperature tensile test is created, the tensile test can be performed.
  • a cryogenic tensile test chamber and grip system capable of improving the efficiency of cryogenic tensile tests are provided.
  • a chamber and grip system for a cryogenic tensile test comprises a chamber space for accommodating a specimen as a target of a cryogenic tensile test, a chamber section for cooling the specimen to a cryogenic temperature using liquid nitrogen and liquid helium; and a grip section for gripping both ends of the specimen by slidingly and replaceably connecting both ends of the specimen and inserting the specimen into the chamber space during a cryogenic tensile test.
  • a chamber and grip system for cryogenic tensile testing comprises: a chamber body having a sealed structure with the outside, the chamber space being located at the inner center and allowing internal injection of liquid nitrogen and liquid helium; and a vacuum insulation part provided inside the chamber body; wherein the chamber body comprises: an outer chamber; and an inner chamber located inside the outer chamber; and the vacuum insulation part can be located between the outer chamber and the inner chamber.
  • the chamber section includes a first input section for supplying liquid nitrogen into the chamber space; a second input section for supplying liquid helium into the chamber space; a first output section for exhausting nitrogen gas used for cooling the specimen in the chamber space to the outside of the chamber body; and a second output section for exhausting helium gas used for cooling the specimen in the chamber space to the outside of the chamber body.
  • a chamber and grip system for cryogenic tensile testing further comprises: a first connection line having one end connected to the first input unit and the other end connected to the chamber space, the first connection line allowing liquid nitrogen supplied to the first input unit to flow into the chamber space; a first nozzle provided at the other end of the first connection line and swirlingly injecting the liquid nitrogen into the interior of the chamber space; a second connection line having one end connected to the second input unit and the other end connected to the chamber space, the second connection line allowing liquid helium supplied to the second input unit to flow into the chamber space; and a second nozzle provided at the other end of the second connection line and directly injecting the liquid helium onto the specimen accommodated in the chamber space.
  • the chamber body has a cylindrical shape with an open center at the upper end and a closed center at the lower end, and the chamber body further includes a chamber stopper that opens and closes the center of the open upper end of the chamber body.
  • each of the first input portion and the second input portion may be spaced apart from each other in the circumferential direction by a set interval on the periphery of the chamber main body, and each of the first output portion and the second output portion may be spaced apart from each other in the circumferential direction by a set interval outside a central region where the chamber lid is opened and closed at the upper end of the chamber main body.
  • the chamber portion further includes a vacuum port located outside a central region where the chamber lid is opened and closed at the upper end of the chamber body, and connected to the vacuum insulation portion to be opened and closed.
  • the chamber section further includes an insulating material formed on the outside of the inner chamber toward the vacuum insulation section.
  • the insulating material may be installed by adhesively or non-adhesively wrapping an insulating material such as a multi-layer insulator (MLI) on the vacuum insulation section side of the inner chamber to minimize heat transfer by radiation within the vacuum insulation section.
  • MMI multi-layer insulator
  • the chamber part further includes a sensor for monitoring solidification of the liquid nitrogen.
  • the chamber part may further include various sensors.
  • the chamber part further includes at least one liquid nitrogen specimen temperature sensor for detecting a temperature of a specimen due to liquid nitrogen, and at least one liquid helium specimen temperature sensor for detecting a temperature of a specimen due to liquid helium.
  • the chamber part further includes a liquid nitrogen liquefaction detection sensor for detecting liquefaction of the liquid nitrogen.
  • the liquid nitrogen specimen temperature sensor and the liquid helium specimen temperature sensor may be positioned at one end of the grip part, for example, at the bottom of the grip part, and may be introduced into the chamber space.
  • the liquid nitrogen liquefaction detection sensor may be positioned at the bottom of the chamber space.
  • the grip portion includes a first replaceable grip for replaceably holding one end of the specimen; and a second replaceable grip for replaceably holding the other end of the specimen.
  • the first replaceable grip includes: a first fixing unit that fixes one end of the specimen; a first sliding fixing body that slides and replaceably connects the first fixing unit; and a first connecting ring that is connected to the first sliding fixing body.
  • the second replaceable grip includes a second fixing unit that fixes the other end of the specimen; a second sliding fixing body that slides and replaceably connects the second fixing unit; and a second connecting ring that is connected to the second sliding fixing body.
  • the first fixing unit includes: a first cylindrical body into which one end of the specimen is inserted at the center; a first insertion body connected to the rear end of the first cylindrical body and slidably inserted into the first sliding fixing body; and a first circular groove formed between the first cylindrical body and the first insertion body.
  • the first sliding fixed body includes: a first expansion body having a diameter larger than that of the first insertion body; a first sliding groove provided in the first expansion body and into which the first insertion body can be slidably inserted; and a first guide protrusion supported in the first circular groove and guiding the sliding of the first insertion body.
  • the second fixing unit includes: a second cylindrical body into which the other end of the specimen is inserted at the center; a second insertion body connected to the rear end of the second cylindrical body and slidably inserted into the second sliding fixing body; and a second circular groove formed between the second cylindrical body and the second insertion body.
  • the second sliding fixed body includes a second expansion body having a diameter larger than that of the second insertion body; a second sliding groove provided in the second expansion body and into which the second insertion body can be slidably inserted; and a first guide protrusion supported in the second circular groove and guiding the sliding of the second insertion body.
  • the chamber temperature can be controlled by controlling liquid helium injected into a chamber in which a specimen is mounted to create a cryogenic environment for a cryogenic tensile test.
  • gaseous helium is injected into the liquid helium storage unit, and by controlling at least one of the injection amount and injection speed of gaseous helium, precise control of the liquid helium injected into the chamber can be made possible. Accordingly, the internal temperature of the chamber can be efficiently controlled through precise injection control of ultra-low temperature liquid helium.
  • a chamber temperature control function using a heater can be added, thereby further improving the test temperature control function for cryogenic tensile tests.
  • the present invention by providing a chamber and specimen grip applicable to a cryogenic tensile tester, the time required for a cryogenic tensile test can be significantly shortened, thereby improving the efficiency of the cryogenic tensile test.
  • a nozzle system capable of spraying and exhausting different types of liquid refrigerants, i.e., liquid nitrogen and liquid helium, into and into the chamber can be independently provided. Accordingly, liquid nitrogen and liquid helium can be supplied and exhausted through different paths, so that cryogenic cooling of the chamber and specimen can be performed quickly and efficiently.
  • liquid refrigerants i.e., liquid nitrogen and liquid helium
  • a sensor capable of detecting solidification of liquid nitrogen is further included, so that the problem of liquid nitrogen being solidified by liquid helium can be prevented in advance.
  • two input sections and two output sections can be provided on the chamber. Accordingly, liquid nitrogen and liquid helium at different temperatures are supplied into the chamber through independent paths, and after being used for cooling, they are exhausted through different paths, thereby enabling a safe and accurate cryogenic tensile test to be performed when performing cryogenic cooling of the chamber and specimen using different liquid refrigerants.
  • the specimen for the cryogenic tensile test can be quickly loaded and unloaded into the chamber. Accordingly, the time required for the cryogenic tensile test can be shortened and the efficiency can be increased.
  • Figure 1 is a conceptual diagram of a test temperature control system for a cryogenic tensile test according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an operation of controlling gaseous helium injection by detecting a specimen temperature in a test temperature control system for a cryogenic tensile test according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a test temperature control system for a cryogenic tensile test according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a test temperature control system for a cryogenic tensile test according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a cryogenic tensile tester to which a cryogenic tensile test temperature control system according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • FIGS. 6 and 7 are front and rear perspective views schematically illustrating a chamber section in a cryogenic tensile test chamber and grip system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a drawing schematically illustrating the internal structure of a chamber and grip system for cryogenic tensile testing according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the joint structure of a grip portion in a chamber and grip system for cryogenic tensile testing according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing the exploded structure of a grip portion in a chamber and grip system for cryogenic tensile testing according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS 11, 12, and 13 are drawings showing the plate-shaped specimen grip structure.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another, and unless otherwise specifically stated, a first component may also be a second component.
  • any configuration is disposed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a cryogenic tensile test temperature control system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an operation of detecting a specimen temperature and controlling gaseous helium injection in a cryogenic tensile test temperature control system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a cryogenic tensile test temperature control system according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a cryogenic tensile test temperature control system according to still another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating an example of a cryogenic tensile tester to which the cryogenic tensile test temperature control system according to an embodiment of the present invention is applicable.
  • cryogenic tensile tester to which a cryogenic tensile test temperature control system according to an embodiment of the present invention can be applied will be briefly described.
  • a cryogenic tensile tester (1) in one embodiment of the present invention includes a main body (10), a test driving unit (20), and a load unit (30).
  • the main body (10) refers to a frame structure that is installed vertically, i.e., up and down, to have a certain height.
  • the main body (10) may have a structure that can freely move forward, backward, left, and right.
  • wheels may be provided at the bottom of the main body (10).
  • the test drive unit (20) is a device that can move the specimen (S) into the chamber (50) to be mounted or moved upward to be unmounted, and can be located on the inside of the main body (10).
  • test drive unit (20) may be positioned at the inner upper portion of the main body (10), and may be positioned to face the chamber (50) located at the inner lower portion of the main body (10) in a vertical direction.
  • the test drive unit (20) can insert a specimen (S) into the chamber (50) or separate it from the outside of the chamber (50) together with the load unit (30) and the grip unit (40) through the vertical movement of the crosshead (24).
  • the specimen drive unit (50) can apply a load or displacement to the specimen (S) fixed by the grip unit (40) inside the chamber (50) through the vertical movement of the crosshead (24).
  • the load section (30) may have a structure that protrudes downward from the lower portion of the test drive section (20) by a set length.
  • the load portion (30) is vertically connected to the grip portion (40) and can be vertically connected so as to form the same center.
  • the load unit (30) can apply a load to the grip unit (40) to perform a tensile test of the specimen (S).
  • the test drive unit (20) includes a vertical moving body (21), a ball screw (22), a servo motor (23), a crosshead (24), and a load sensor (25).
  • the vertically movable body (21) is a movable frame that is set to be able to move up and down on the inner upper part of the main body (10).
  • the ball screw (22) can be located inside the vertically movable body (21).
  • a plurality of ball screws (22) can be arranged parallel to each other with equal spacing to the left and right based on the center inside the vertically movable body (21).
  • the crosshead (24) can be connected in a direction intersecting with a plurality of ball screws (22).
  • the crosshead (24) is connected to each of the plurality of ball screws (22) and can move horizontally up and down along the length direction of the plurality of ball screws (22) by a finely set distance.
  • the crosshead (24) connected to the ball screw (220) can move upward or downward a small distance. And according to the movement of the crosshead (24), the load part (30) connected to the lower part of the crosshead (24) can move up and down. Accordingly, a set load or displacement can be applied to the specimen (S) fixed to the grip part (40).
  • the load sensor (25) can be located between the crosshead (24) and the load portion (30), and the load sensor (25) can detect the load applied to the load portion (30).
  • the chamber (50) may be located at the inner lower part of the main body (10), more specifically, lower than the test drive unit (20).
  • the grip portion (40) can be connected to the lower part of the load portion (30).
  • the grip portion (40) can have a structure that holds both ends of the specimen (S).
  • the specimen (S) can be inserted into the chamber (50) while being fixed to the grip portion (40). Inside the chamber (50), the specimen (S) can perform a cryogenic tensile test.
  • a test temperature control system (100) for a cryogenic tensile test can control the temperature required for a cryogenic tensile test by injecting liquid helium into the interior of a chamber (50) that accommodates a specimen (S).
  • the chamber (50) has a chamber body (51) with a sealed interior (i.e., chamber space) (511).
  • a specimen (S) fixed by a grip portion (40) including first and second grips (41, 42) is introduced into the interior (i.e., chamber space) (511) of the chamber (51), and the grip portion (40) can be vertically connected to the load portion (30).
  • the specimen (S) is introduced into the interior (i.e., chamber space) (511) of the chamber (50) while being fixed to the grip portion (40), and an extremely low temperature environment can be created within the interior of the chamber (50).
  • a cryogenic tensile test temperature control system (100) can be used.
  • a test temperature control system (100) for a cryogenic tensile test includes a liquid helium storage unit (110), a liquid helium injection unit (120), and a liquid helium injection control unit (140).
  • the liquid helium storage unit (110) is a device that stores extremely low temperature liquid helium.
  • the liquid helium storage unit (110) may use a liquid helium storage tank capable of storing a set amount of liquid helium in an extremely low temperature state.
  • the liquid helium injection unit (120) is connected between the liquid helium storage unit (110) and the chamber (50) and can inject liquid helium necessary for ultra-low temperature control of the chamber (50) into the interior of the chamber (50).
  • the liquid helium injection unit (120) includes a liquid helium transfer line (121), a connecting pipe (123), and a liquid helium injection nozzle (124).
  • the liquid helium transfer line (121) refers to a pipeline having one end (i.e., an inlet) connected to the inside of the liquid helium storage unit (110) and the other end (i.e., an outlet) connected to the chamber (50).
  • the liquid helium transfer line (121) transfers liquid helium stored in the liquid helium storage unit (110) to the chamber (50).
  • a vacuum jacket (122) may be further included so as to surround the liquid helium transfer line (121). Accordingly, smooth and safe transfer of liquid helium in an extremely low temperature state can be made possible.
  • one end (i.e., the inlet) of the liquid helium transfer line (121) may be positioned lower than the height of the other end (outlet) of the gas helium transfer line (1421). Accordingly, the liquid helium may be smoothly injected into the chamber depending on the injection amount and injection speed of the gas helium.
  • the connecting pipe (123) refers to a pipe section that connects the other end (i.e., the outlet) of the liquid helium transfer line (121) to the inner lower part of the chamber (50).
  • the connecting pipe (123) can be connected by penetrating the lower part of the chamber (50) in the thickness direction, and is designed to communicate with the interior of the chamber (50) to inject liquid helium.
  • the liquid helium injection nozzle (124) refers to a nozzle device connected to the end (i.e., outlet) of the above-mentioned connecting pipe (123).
  • the liquid helium injection nozzle (124) injects liquid helium transported through the liquid helium transport line (121) into the internal space of the chamber (50).
  • the amount of liquid helium injected into the chamber (50) can be precisely controlled according to the injection amount and injection speed of gaseous helium injected into the liquid helium storage unit (110), and the cryogenic temperature control of the chamber (50) can be precisely controlled.
  • the liquid helium injection control unit (140) can inject gaseous helium into the interior of the liquid helium storage unit (110).
  • the liquid helium injection control unit (140) injects gaseous helium into the interior of the liquid helium storage unit (110), and at this time, the injection amount and injection speed of the gaseous helium injected into the interior of the liquid helium storage unit (110) can be controlled.
  • the liquid helium injection control unit (140) controls the injection amount of liquid helium injected into the interior of the chamber (50), thereby controlling the test temperature to secure an extremely low temperature environment in the chamber (50) into which the specimen is placed during the extremely low temperature tensile test.
  • the liquid helium injection control unit (140) includes a gas helium storage unit (141) and a gas helium injection unit (142).
  • the gaseous helium storage unit (141) is a device that stores high-pressure gaseous helium.
  • the gas helium storage unit (141) may use a gas helium storage tank capable of storing a predetermined gas helium at a set pressure.
  • the gaseous helium injection unit (142) is connected between the gaseous helium storage unit (141) and the liquid helium storage unit (110), and can inject gaseous helium into the interior of the liquid helium storage unit (110).
  • the gas helium injection unit (142) includes a gas helium transfer line (1421) and a gas helium injection control valve (1422).
  • the gas helium transfer line (1421) is formed so that one end (i.e., the inlet) is connected to the inside of the gas helium storage unit (141) to enable the inflow of gas helium, and the other end (i.e., the outlet) is connected to the inside of the liquid helium storage unit (110) to enable the gas helium to be injected into the inside of the liquid helium storage unit (110).
  • the gaseous helium transfer line (1421) can transfer gaseous helium from the gaseous helium storage unit (141) to the liquid helium storage unit (110).
  • At least one gas helium injection control valve (1422) may be provided in the gas helium transfer line (1421).
  • the gas helium injection control valve (1422) may be a valve or a device having a function similar to a valve that controls at least one of the injection amount and injection speed of gas helium injected into the interior of the liquid helium storage unit (110).
  • the gas helium injection control valve (1422) may use at least one of a proportional control valve, a solenoid valve, and an MFC (Mass Flow Controller) that controls at least one of the injection amount and injection speed of gas helium injected into the interior of the liquid helium storage unit (110).
  • MFC Mass Flow Controller
  • gas helium injection control valve (1422) in the present invention need not necessarily be limited to one of the proportional control valve, solenoid valve, and MFC (Mass Flow Controller) described above, and any device that is obvious to a person skilled in the art and has a similar function may be used without limitation.
  • the test temperature control system (100) for a cryogenic tensile test according to the first embodiment of the present invention further includes a control unit (150).
  • the control unit (150) can control the operation of the gas helium injection control valve (1422).
  • the temperature of the specimen (S) accommodated in the chamber (50) can be detected in real time (or at set time intervals) by the temperature sensor (70).
  • the control unit (150) can control at least one of the injection amount and injection speed of gaseous helium injected into the liquid helium storage unit (110) based on the temperature information of the specimen (S) detected by the temperature sensor (70).
  • temperature information of the specimen is detected in real time (or at a set time interval) and fed back to the control unit (150).
  • the control unit (150) controls the injection amount and injection speed of gaseous helium based on the temperature information of the specimen, thereby enabling more precise active control of the internal temperature of the chamber (50).
  • the test temperature control system (100) for a cryogenic tensile test can control the temperature of liquid helium injected into the interior of the chamber (50) by heating it with a heater in addition to the first embodiment described above.
  • a test temperature control system for a cryogenic tensile test may further include a heater (130) in addition to the cryogenic tensile test temperature control system (100) according to the first embodiment described above (see FIGS. 1 and 2).
  • the heater (130) is a heating device that is heated to a set temperature to control the temperature of liquid helium flowing toward the liquid helium injection nozzle (124) through the connecting pipe (123).
  • the heater (130) is located in a connecting pipe (123) connecting a liquid helium transfer line (121) and a liquid helium injection nozzle (124), and can control the temperature of liquid helium injected through the liquid helium injection nozzle (124) via the connecting pipe (123) to a set temperature.
  • the function of precisely controlling the temperature of the liquid helium finally injected into the chamber (50) through the liquid helium injection nozzle (124) can be provided, so that the test temperature control function for the cryogenic tensile test can be improved.
  • the heater (130) is positioned to surround the outside of the connecting pipe (123) and is configured to directly heat the connecting pipe (123) to a set temperature.
  • the test temperature control system for the cryogenic tensile test according to the second embodiment of the present invention, it has a heating structure in which a single connecting pipe (123) and a heater (140) are directly attached to the outside of the connecting pipe (123) for heating.
  • the test temperature control system (100) for a cryogenic tensile test according to the third embodiment of the present invention has a double connection pipe (123) structure, unlike the second embodiment described above, and the heater (130) for heating the connection pipe (123) can be formed as a built-in structure. Through this, the heating efficiency can be increased compared to the second embodiment described above.
  • the cryogenic tensile test temperature control system may further include a heater (130) in addition to the detailed configuration of the cryogenic tensile test temperature control system (100) (see FIGS. 1 and 2) as in the second embodiment described above.
  • the heater (130) is a heating device that is heated to a set temperature to control the temperature of liquid helium flowing toward the liquid helium injection nozzle (124) through the connecting pipe (123).
  • the heater (130) according to the third embodiment of the present invention has a built-in structure.
  • the connecting pipe (123) includes an inner pipe (1231), an outer pipe (1232), and an insulating material (1233).
  • the internal pipe (1231) connects the liquid helium transfer line (121) and the liquid helium injection nozzle (124), and is a pipe through which liquid helium flows through the lower part of the chamber (50).
  • the external pipe (1232) refers to a pipe that surrounds the internal pipe (1231) from the outside while maintaining a predetermined distance from the internal pipe (1231).
  • Insulation refers to an insulating material filled between the inner pipe (1231) and the outer pipe (1232).
  • the built-in heater (130) can be built in between the inner pipe (1231) and the outer pipe (1232), that is, using the inner space filled with insulation material (1233), and the inner space can be in a vacuum state to improve insulation efficiency.
  • This heater (130) is built into a connecting pipe (123) connecting a liquid helium transfer line (121) and a liquid helium injection nozzle (124), so that the temperature of liquid helium injected through the connecting pipe (123) and the liquid helium injection nozzle (124) can be adjusted to a set temperature.
  • the function of precisely controlling the temperature of liquid helium finally injected into the chamber (50) through the liquid helium injection nozzle (124) can be additionally provided, so that the test temperature control function for the cryogenic tensile test can be improved.
  • the liquid helium injected into the chamber in which the specimen is mounted can be controlled to control the chamber temperature so as to create an ultra-low temperature environment for the ultra-low temperature tensile test.
  • gaseous helium is injected into the liquid helium storage unit, and by controlling at least one of the injection amount and the injection speed of the gaseous helium, the liquid helium injected into the chamber can be precisely controlled. Accordingly, the internal temperature of the chamber can be efficiently controlled through the precise injection control of the ultra-low temperature liquid helium.
  • a chamber temperature control function using the heater can be added, so that the test temperature control function for the ultra-low temperature tensile test can be further improved.
  • the chamber part (50) may be located at the inner lower part of the main body part (10), more specifically, lower than the test drive part (20).
  • the grip part (40) is connected to the lower part of the load part (30), and grips both ends of the specimen (S), which is the subject of the cryogenic tensile test, so that they can be slidably attached and detached in a one-touch manner.
  • the specimen (S), whose both ends are gripped by the grip part (40) may be moved downward together with the grip part (40) toward the inside of the chamber part (50), i.e., the inside of the chamber space, and may be installed therein. Thereafter, the specimen (S) may be cooled to a cryogenic temperature inside the chamber space using liquid nitrogen and liquid helium, and then the load part (30) may be moved up and down to perform the cryogenic tensile test.
  • FIGS. 6 and 7 are front and rear perspective views schematically illustrating a chamber portion in a cryogenic tensile test chamber and grip system according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a drawing schematically illustrating the internal structure of a cryogenic tensile test chamber and grip system
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a coupling structure of a grip portion
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating an exploded structure of a grip portion.
  • a chamber and grip system for cryogenic tensile testing includes a chamber portion (50) and a grip portion (40), and significantly reduces the cooling time of a specimen, thereby improving the efficiency of cryogenic tensile testing.
  • the chamber section (50) has a chamber space (511) that accommodates a specimen (S), which is the subject of a cryogenic tensile test.
  • the chamber section (50) cools the specimen (S) accommodated in the chamber space (511) to an extremely low temperature, and liquid nitrogen and liquid helium can be used.
  • the grip part (40) can be connected to both ends of the specimen (S) in a sliding manner so that they can be replaced.
  • the grip part (40) can hold both ends of a specimen (S) by placing the specimen (S) inside the chamber space (511) during a cryogenic tensile test.
  • chamber part (50) of the cryogenic tensile test chamber and grip system according to one embodiment of the present invention will be specifically described.
  • the chamber portion (50) includes a chamber body (51), a vacuum insulation portion (52), and an insulation material (53).
  • the chamber body (51) may have a sealed structure with the outside so that the chamber space (511) is located in the center of the inside and liquid nitrogen and liquid helium can be injected into the inside to store the specimen (S) held in the grip portion (40) to an extremely low temperature.
  • a vacuum insulation unit (52) can be provided inside the chamber body (51).
  • the vacuum insulation unit (52) can secure a vacuum state space and insulate the extremely low temperature state of the chamber space (511) from the outside.
  • the chamber body (51) has a structure including an outer chamber (51a) and an inner chamber (51b) located inside the outer chamber (51a). At this time, a vacuum insulation part (52) is located between the outer chamber (51a) and the inner chamber (51b).
  • the chamber body (51) may further be provided with a vacuum port (58) connected to the vacuum insulation unit (52).
  • the insulation (53) can be formed from the outside of the inner chamber (51b) toward the vacuum insulation part (52). That is, the insulation (53) can be installed from the inner chamber (51b) toward the vacuum insulation part (52).
  • the insulation (53) can be installed by wrapping an insulation such as a multi-layer insulator (MLI) on the vacuum insulation part (52) side of the inner chamber (51b) in an adhesive or non-adhesive manner to minimize heat transfer by radiation within the vacuum insulation part (52).
  • MMI multi-layer insulator
  • the chamber section (50) includes a first input section (54) for supplying liquid nitrogen, a second input section (55) for supplying liquid helium, a first output section (56) for exhausting nitrogen gas used for cryogenic cooling of the specimen, and a second output section (57) for exhausting helium gas used for cryogenic cooling of the specimen.
  • the first input unit (54) is used to receive liquid nitrogen from the outside and supply the liquid nitrogen to the chamber unit (50), more specifically, to the sealed chamber space (511) inside the chamber body (51).
  • the second input unit (55) is used to receive liquid helium from the outside and supply the liquid helium to the chamber unit (50), more specifically, to the sealed chamber space (511) inside the chamber body (51).
  • the first output section (56) is used to exhaust nitrogen, i.e., nitrogen gas, used for cryogenic cooling of the specimen within the sealed chamber space (511) to the outside of the chamber body (51).
  • nitrogen i.e., nitrogen gas
  • the second output section (57) is used to exhaust helium, i.e. helium gas, used for cryogenic cooling of the specimen within the sealed chamber space (511) to the outside of the chamber body (51).
  • helium i.e. helium gas
  • the chamber body (51) constituting the chamber part (50) is provided with two input parts (54, 55) and two output parts (56, 57).
  • the input parts through which liquid nitrogen and liquid helium are supplied into the interior of the chamber body (51) may be provided separately, and the output parts through which nitrogen and helium used for cooling the specimen are exhausted to the exterior of the chamber body (51) may also be provided separately. Accordingly, by providing separate exhaust paths for nitrogen and helium having different temperatures, it is possible to prevent problems such as nitrogen to be exhausted being liquefied in advance.
  • the chamber portion (50) further includes a first connecting line (541), a first nozzle (542), a second connecting line (551), and a second nozzle (552).
  • the first connecting line (541) provides a supply path for liquid nitrogen that supplies liquid nitrogen supplied to the first input section (54) by flowing it to a predetermined chamber space (511) sealed inside the chamber body (51).
  • first connecting line (541) may be connected to the first input portion (54), and the other end of the first connecting line (541) may be connected to the chamber space (511).
  • first connecting line (541) may be connected to the first input portion (54)
  • the other end of the first connecting line (541) may be connected to the chamber space (511).
  • it is not necessarily limited to the shape shown in FIGS. 6 and 7, and may be slightly changed to a different shape.
  • the first nozzle (542) may be provided at the other end of the first connecting line (541).
  • the first nozzle (542) may use a swirling nozzle that sprays liquid nitrogen into the interior of the chamber space (511) in a swirling manner.
  • the second connecting line (551) provides a supply path for liquid helium that flows and supplies liquid helium supplied to the second input section (55) to a predetermined chamber space (511) sealed inside the chamber body (51).
  • one end of the second connecting line (551) may be connected to the second input portion (55), and the other end of the second connecting line (551) may have a structure connected to the chamber space (511).
  • it is not necessarily limited to the shape shown in FIGS. 6 and 7, and may be slightly changed to a different shape.
  • a second nozzle (552) may be provided at the other end of the second connecting line (551).
  • the second nozzle (552) may directly spray liquid helium onto a specimen (S) accommodated in the chamber space (511).
  • the second nozzle (552) can be positioned facing the specimen (S) that is fixed in a long position in the inner center of the chamber space (511) with both ends gripped by the grip portion (40), and the second nozzle (552) can use a direct injection nozzle that can directly inject liquid helium toward the specimen (S). This makes it possible to more quickly and efficiently perform cryogenic cooling of the specimen (S).
  • the chamber body (51) may have a cylindrical shape in which the center of the upper part (512) is open and the lower part (513) is closed at the front (see FIGS. 6 and 7).
  • the chamber part (50) further includes a chamber stopper (59).
  • the chamber stopper (59) may be provided in a form that can be combined or separated from the chamber body (51) to open or close an open portion formed in the center of the upper part (512) of the chamber body (51).
  • the first input unit (54) and the second input unit (55) can be formed at different locations and placed at a certain distance from each other, so that liquid nitrogen and liquid helium can be stably supplied at different locations.
  • the first input part (54) and the second input part (55) can be spaced apart from each other in the circumferential direction at a set interval on the cylindrical surface of the chamber body (51) (see FIGS. 6 and 7).
  • the first output section (56) and the second output section (57) can be formed at different locations and placed at a certain distance from each other, so that interference between the exhaust path of nitrogen exhausted to the outside and the exhaust path of helium can be eliminated.
  • the first output portion (56) and the second output portion (57) can be spaced apart from each other in the circumferential direction at a set interval from each other outside the central open area where the chamber stopper (59) is opened and closed in the upper part of the chamber body (51). Accordingly, the gaseous nitrogen and helium used for cooling the specimen can be exhausted to the outside through independent paths, and the exhaust ports between the nitrogen and helium are formed at a set distance from each other, which has the advantage of securing convenience and stability in operation.
  • the vacuum port (58) may be located on one side of the upper part (512) of the chamber body (51) outside the central open area where the chamber stopper (59) is opened and closed in the cylindrical chamber body (51), and may be connected to the vacuum insulation part (52) inside the chamber body (51).
  • the chamber part (50) of the cryogenic tensile test chamber and grip system may further include a sensor (60) that detects solidification of liquid nitrogen. Accordingly, it is possible to detect in real time the solidification of liquid nitrogen during the cryogenic cooling process of the specimen using liquid nitrogen and liquid helium, so that the operator can monitor whether a problem occurs in the flow and cooling function of the liquid nitrogen.
  • the chamber part (50) may further include a liquid nitrogen specimen temperature sensor that detects the temperature of the specimen due to liquid nitrogen and a liquid helium specimen temperature sensor that detects the temperature of the specimen due to liquid helium, although not shown separately.
  • the chamber part (50) may further include a liquid nitrogen liquefaction detection sensor that detects liquefaction of liquid nitrogen, although not shown separately.
  • the liquid nitrogen specimen temperature sensor (not shown) and the liquid helium specimen temperature sensor (not shown) may be positioned at one end of the grip part (40), for example, at the bottom of the grip part (40), and may be introduced into the chamber space (511).
  • the liquid nitrogen liquefaction detection sensor may be positioned at the bottom of the chamber space.
  • the arrangement structure of the grip part (40) that holds and fixes both ends of the specimen (S) inside the chamber part (50) that constitutes the chamber and grip system for cryogenic tensile testing, and the connection appearance of the load part (30) connected to the upper end of the grip part (40) are shown.
  • the grip portion (40) is configured to grip both ends of the specimen (S) by inserting the specimen (S) into the chamber space (511) (see FIGS. 6 and 7) during a cryogenic tensile test.
  • a set tensile load can be applied to a specimen (S) with both ends gripped by the grip portion (40), thereby making it possible to perform a cryogenic tensile test.
  • the grip portion (40) has a structure that can be quickly slidably connected and released from both ends of the specimen (S) to improve the convenience of replacing the specimen (S) and shorten the time for replacing and mounting the specimen (S).
  • Figure 9 shows a state in which the grip part (40) is combined with the specimen (S)
  • Figure 10 shows a state in which the grip part (40) is separated from the specimen (S).
  • the illustrated grip portion (40) includes a first replaceable grip (41) and a second replaceable grip (42).
  • the first replaceable grip (41) may have a shape that allows one end of the specimen (S) to be gripped in a sliding manner.
  • the second replaceable grip (42) may have a shape that allows the other end of the specimen (S) to be gripped in a sliding manner.
  • the first replaceable grip (41) includes a first fixing unit (413), a first sliding fixing body (411), and a first connecting ring (412).
  • the first fixed unit (413) inserts and fixes one end of the specimen (S).
  • the first sliding fixed body (411) can be connected to the first fixed unit (413) by sliding so that it can be replaced.
  • first connecting ring (412) refers to a ring-shaped member that is connected to the first sliding fixed body (411).
  • the second replaceable grip (42) includes a second fixed unit (423), a second sliding fixed body (421), and a second connecting ring (422).
  • the second fixed unit (423) inserts and fixes the other end of the specimen (S).
  • the second sliding fixed body (421) can be connected to the second fixed unit (423) by sliding so that it can be replaced.
  • the second connecting ring (422) refers to a ring-shaped member that is connected to the second sliding fixed body (421).
  • the first fixed unit (413) includes a first cylindrical body (4131), a first insertion body (4133), and a first circular groove (4132) (see FIG. 10).
  • the first cylindrical body (4131) is a cylindrical body having an insertion groove into which one end of a specimen (S) is inserted. One end of the specimen (S) can be inserted and fixed at the center of the first cylindrical body (4131).
  • first insertion body (4133) can be connected to the rear end of the first cylindrical body (4131) and can be connected and separated from the first sliding fixed body (411) in a sliding manner with one touch.
  • first circular groove (4132) is a circular belt-shaped groove formed between the first cylindrical body (4131) and the first insertion body (4133).
  • the first circular groove (4132) is used as a groove into which the first guide protrusion (4113) of the first sliding fixed body (411) is inserted.
  • the first sliding fixed body (411) includes a first expansion body (4111), a first sliding groove (4112), and a first guide protrusion (4113) (see FIG. 10).
  • the first expansion body (4111) has a cylindrical shape with a diameter that is larger than that of the first insertion body (4133).
  • a first sliding groove (4112) is provided on the inner side of the first expansion body (4111).
  • the first sliding groove (4112) is used as a groove into which the first insertion body (4133) is inserted in a sliding manner.
  • first guide protrusion (4113) is supported on the first circular groove (4132) and guides the sliding engagement and release of the first insert body (4133).
  • the second fixed unit (423) includes a second cylindrical body (4231), a second insertion body (4233), and a second circular groove (4232) (see FIG. 10).
  • the second cylindrical body (4231) is a cylindrical body having an insertion groove into which the other end of the specimen (S) is inserted.
  • the other end of the specimen (S) can be inserted and fixed at the center of the second cylindrical body (4231).
  • the second insertion body (4233) can be connected to the rear end of the second cylindrical body (4231) and can be connected and separated from the second sliding fixed body (421) in a sliding manner with one touch.
  • the second circular groove (4232) is a circular belt-shaped groove formed between the second cylindrical body (4231) and the second insertion body (4233).
  • the second circular groove (4232) is used as a groove into which the second guide protrusion (4213) of the second sliding fixed body (421) is inserted.
  • the second sliding fixed body (421) includes a second expansion body (4211), a second sliding groove (4212), and a second guide protrusion (4213) (see FIG. 10).
  • the second expansion body (4211) has a cylindrical shape with a diameter that is larger than that of the second insertion body (4233).
  • a second sliding groove (4212) is provided on the inner side of the second expansion body (4211).
  • the second sliding groove (4212) is used as a groove into which the second insertion body (423) is inserted in a sliding manner.
  • the second guide protrusion (4213) is supported on the second circular groove (4232) and guides the sliding engagement and release of the second insert body (4233).
  • the specimen (S) which is the subject of the cryogenic tensile test, can be quickly mounted and removed from the grip portion (40). In addition, it can be quickly replaced with another specimen and mounted when necessary.
  • the prepared specimen (S) can be easily and conveniently replaced and mounted quickly and accurately without using a separate fastening member such as a bolt, thereby shortening the time required for a cryogenic tensile test.
  • the grip portion (40) and the specimen (S) shown disclose a structure suitable for a rod-shaped specimen, but are not limited thereto, and may include a plate-shaped specimen and a structure capable of replacing and mounting the plate-shaped specimen in a sliding manner.
  • FIGS 11, 12, and 13 are drawings showing the plate-shaped specimen grip structure.
  • a grip (45) for a plate-shaped specimen may include a cylindrical body (451), a fixing body (453) for fixing a plate-shaped specimen (S), and a circular groove (452).
  • the fixed body (453) for fixing the plate-shaped specimen (S) includes a first fixed body (4531) and a second fixed body (4532) that is connected to face the first fixed body (4531).
  • the inner side of the fixed body (453) is provided with a specimen insertion groove (4533) into which an end of a plate-shaped specimen (S), for example, an end of a square plate-shaped specimen (S), is inserted to prevent separation.
  • the plate-shaped specimen (S) can be inserted into the specimen insertion groove (4533) and then fixed by fastening between the first fixing body (4531) and the second fixing body (4532).
  • a plurality of fastening holes (4534) capable of bolt fastening may be further provided for fastening between the first fixing body (4531) and the second fixing body (4532).
  • a nozzle system capable of spraying and exhausting different types of liquid refrigerants, that is, liquid nitrogen and liquid helium, into and into the chamber can be independently provided. Accordingly, liquid nitrogen and liquid helium can be supplied and exhausted through different paths, so that cryogenic cooling of the chamber and specimen can be performed quickly and efficiently.
  • a sensor capable of detecting solidification of liquid nitrogen can be further included, thereby preventing in advance the problem of liquid nitrogen being solidified by liquid helium.
  • two input units and two output units can be provided on the chamber, respectively. Accordingly, liquid nitrogen and liquid helium at different temperatures are supplied into the chamber through independent paths, and are exhausted through different paths after being used for cooling, thereby enabling safe and accurate cryogenic tensile tests to be performed by utilizing different liquid refrigerants for cryogenic cooling of the chamber and specimen.
  • a specimen grip structure capable of rapid specimen replacement is utilized, so that specimens for cryogenic tensile tests can be rapidly loaded and unloaded into the chamber. Accordingly, the time required for cryogenic tensile tests can be shortened and the efficiency can be increased.

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Abstract

본 발명은 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에 관한 것이다. 본 발명인 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템은 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있다. 본 발명인 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템은 극저온 인장시험을 위한 초저온 챔버와 신속한 시편 교체가 가능한 그립을 제공할 수 있다.

Description

극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템
본 발명의 실시예들은 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템과, 극저온 인장시험을 위한 초저온 챔버와 신속한 시편 교체가 가능한 그립을 갖는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에 관한 것이다.
이하에서 기술되는 내용은 본 발명의 실시예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
인장시험기는 재료의 인장시험에 사용되는 시험용 장치를 말한다.
인장시험은 재료의 인장 강도, 항복점, 연신율, 단면 수축율 등을 측정할 수 있다.
기존의 방식에 따르면 극저온 인장시험기는 액체질소 챔버 내에 시편을 장착하고, 액체질소를 챔버 내에 분사하여 극저온환경을 조성한 상태에서 인장시험을 수행하고 있다
그런데, 주지된 바와 같이 액체질소는 액화온도가 77K이기 때문에, 77K 이하 또는 4K 수준의 극저온에서 소재의 인장 변형 거동을 측정하기 위한 목적으로는 사용이 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 4K 수준의 극저온에서 시편의 인장시험을 진행하기 위해서는 챔버의 온도를 초저온 상태로 유지할 수 있는 차별화된 기술이 필요하다.
또한, 극저온에서 시편의 인장시험을 진행하기 위해서는 극저온의 액화헬륨(He)을 사용할 수 있는데, 액화헬륨의 공급 등의 관점에서 전혀 새로운 기술적 난제를 극복해야 할 필요가 있다.
그리고 한편, 극저온에서 시편의 인장시험을 진행하기 위해서는 챔버의 온도를 초저온 상태로 유지할 수 있는 챔버의 형상, 구조 및 단열 기능 등에서 기존의 방식과는 차별화된 기술이 필요하다.
이에 더하여, 극저온 인장시험기의 특성 상 챔버 내부로 시편을 장입 및 체결하기 위한 시편 그립의 구조적인 개선이 필요하다.
본 발명과 관련된 선행기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2022-0032430호는 극저온 시험용 챔버 구조를 포함한 냉각시스템을 개시한다.
본 발명의 목적은, 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 극저온 인장시험의 효율을 향상시킬 수 있는 극저온인장시험용 챔버 및 그립 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템은, 시편을 수용하는 챔버 내부로 액체헬륨을 분사하여, 극저온 인장시험에 필요한 온도를 제어하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템으로서, 액체헬륨을 저장하는 액체헬륨 저장부; 상기 액체헬륨 저장부와 상기 챔버 사이에 연결되며, 액체헬륨을 상기 챔버로 분사시키는 액체헬륨 분사부; 상기 액체헬륨 저장부의 내부로 기체헬륨을 분사시키며, 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하고, 상기 챔버의 온도를 조절하는 액체헬륨 분사 조절부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체헬륨 분사 조절부는, 기체헬륨을 저장하는 기체헬륨 저장부; 및 상기 기체헬륨 저장부와 상기 액체헬륨 저장부 사이에 연결되며, 기체헬륨을 상기 액체헬륨 저장부의 내부로 분사시키는 기체헬륨 분사부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체헬륨 저장부는, 소정의 기체헬륨을 설정 압력으로 저장 가능한 기체헬륨 저장탱크 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체헬륨 분사부는, 일단부는 상기 기체헬륨 저장부의 내측에 연결되고, 타단부는 상기 액체헬륨 저장부의 내측에 연결되며, 상기 기체헬륨 저장부에서 상기 액체헬륨 저장부로 기체헬륨을 이송하는 기체헬륨 이송라인; 및 상기 기체헬륨 이송라인에 적어도 하나 연결되며, 상기 액체헬륨 저장부의 내부로 분사되는 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어하는 기체헬륨 분사조절밸브를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버에 수용된 시편의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서에서 검출된 시편의 온도 정보를 기초로, 상기 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어하도록 상기 기체헬륨 분사조절밸브를 제어하는 제어부를 더 포함한다. 이에 따라, 온도센서에서 검출된 시편의 온도 정보를 실시간 피드백 받아 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어함으로써, 챔버로 분사되는 액체헬륨을 보다 정밀하게 제어하여 극저온 인장시험을 위한 시험 온도를 능동적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체헬륨 분사조절밸브는, 비례제어밸브, 솔레노이드밸브, MFC(Mass Flow Controller) 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체헬륨 저장부는, 소정의 액체헬륨을 저장 가능한 액체헬륨 저장탱크 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체헬륨 분사부는, 일단부는 상기 액체헬륨 저장부의 내측에 연결되고, 타단부는 상기 챔버에 연결되며, 상기 액체헬륨 저장부에 저장된 액체헬륨을 상기 챔버로 이송하는 액체헬륨 이송라인; 상기 액체헬륨 이송라인의 타단부에서 상기 챔버의 하단부까지 연결되되, 상기 챔버의 하단부를 관통하여 상기 챔버의 내부까지 연통하여 형성되는 연결배관; 및 상기 연결배관의 말단에 연결되며, 상기 챔버의 내부로 액체헬륨을 분사하는 액체헬륨 분사노즐을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템은, 상기 연결배관을 통해 상기 액체헬륨 분사노즐을 향해 유동하는 액체헬륨의 온도를 조절하도록 설정온도로 가열되는 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히터는, 상기 연결배관의 외부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결배관은, 상기 액체헬륨 분사노즐을 향해 액체헬륨이 유동하는 내부배관; 상기 내부배관과 소정의 간격을 두고 상기 내부배관을 감싸는 외부배관; 및 상기 내부배관 및 상기 외부배관 사이에 구비되는 단열재를 포함하고, 상기 히터는, 상기 내부배관과 상기 외부배관 사이에 내장될 수 있다. 또한 상기 내부배관과 외부배관 사이는 단열 특성을 향상시키기 위해 진공일수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 챔버는 극저온 인장시험의 대상체인 시편을 수용하는 챔버 공간을 구비하며, 액체 헬륨을 이용하여 시편을 극저온 온도로 냉각시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험기는 일정 높이를 갖도록 상하로 세워 설치되며, 위치 이동을 위해 전, 후, 좌, 우로 이동이 가능한 바퀴를 구비하는 본체부; 상기 본체부의 내측에 위치하는 시험구동부; 상기 시험구동부의 하부로 설정길이 돌출되고, 상기 그립부의 상부와 연결되며 상기 시험구동부에서 가해진 하중을 상기 그립부에 파지된 시편에 인가하는 로드부를 포함한다. 바람직하게는, 상기 시험구동부는, 상기 본체부의 내측 상부에서 상하로 이동하는 상하이동몸체; 상기 상하이동몸체의 내측에서 좌우로 간격을 두고 배치되는 복수의 볼스크류; 상기 복수의 볼스크류와 교차하는 방향으로 연결되며 서보모터에서 전달된 회전력에 의해 상기 볼스크류를 따라 상하로 이동하며 상기 로드부를 상하로 이동시키는 크로스헤드; 상기 크로스헤드와 상기 로드부 사이에 위치하며 상기 로드부에 인가된 하중을 검출하는 하중센서를 포함한다. 챔버는 상기 본체부의 내측 하부에 위치하고, 시편은 상기 로드부의 하부에 연결된 상기 그립부에 파지된다. 상기 그립부에 파지된 시편은 챔버의 내부에 수용되어, 극저온 인장시험을 위한 극저온환경이 조성되면 인장시험이 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 극저온 인장시험의 효율을 향상시킬 수 있는 극저온인장시험용 챔버 및 그립 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템은, 극저온 인장시험의 대상체인 시편을 수용하는 챔버 공간을 구비하며, 액체 질소 및 액체 헬륨을 이용하여 상기 시편을 극저온 온도로 냉각시키는 챔버부; 및 상기 시편의 양단을 슬라이딩 방식으로 교체 가능하게 결합시키고, 극저온 인장시험 시 상기 시편을 상기 챔버 공간의 내부에 투입시켜 상기 시편의 양단을 파지하는 그립부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 상기 챔버 공간이 내측 중앙에 위치하며, 상기 액체 질소 및 상기 액체 헬륨의 내부 주입이 가능하도록 외부와 밀폐된 구조를 갖는 챔버 본체; 및 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 진공 단열부를 포함하고, 상기 챔버 본체는, 외부 챔버; 및 상기 외부 챔버의 내측에 위치하는 내부 챔버;를 포함하고, 상기 진공 단열부는, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 상기 액체 질소를 상기 챔버 공간으로 공급하는 제1 인풋부; 상기 액체 헬륨을 상기 챔버 공간으로 공급하는 제2 인풋부; 상기 챔버 공간 내에서 상기 시편의 냉각에 사용된 질소 기체를 상기 챔버 본체 외부로 배기시키는 제1 아웃풋부; 및 상기 챔버 공간 내에서 상기 시편의 냉각에 사용된 헬륨 기체를 상기 챔버 본체 외부로 배기시키는 제2 아웃풋부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 일단부는 상기 제1 인풋부와 연결되고, 타단부는 상기 챔버 공간까지 연결되며, 상기 제1 인풋부로 공급된 상기 액체 질소를 상기 챔버 공간으로 유동시키는 제1 연결라인; 상기 제1 연결라인의 타단부에 구비되며, 상기 액체 질소를 상기 챔버 공간의 내부로 스왈링 분사시키는 제1 노즐; 일단부는 상기 제2 인풋부와 연결되고, 타단부는 상기 챔버 공간까지 연결되며, 상기 제2 인풋부로 공급된 상기 액체 헬륨을 상기 챔버 공간으로 유동시키는 제2 연결라인; 및 상기 제2 연결라인의 타단부에 구비되며, 상기 액체 헬륨을 상기 챔버 공간에 수용된 상기 시편에 직분사시키는 제2 노즐을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버 본체는 상단부의 중앙이 개방되고, 하단부는 전면 밀폐된 원통 형상을 가지며, 상기 챔버부는, 상기 챔버 본체의 개방된 상단부의 중앙을 개폐시키는 챔버 마개를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 제1 인풋부 및 상기 제2 인풋부 각각은, 상기 챔버 본체의 둘레 면에서 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치되고, 상기 제1 아웃풋 및 상기 제2 아웃풋부 각각은, 상기 챔버 본체의 상단부에서 상기 챔버 마개가 개폐되는 중앙 영역을 벗어나 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 상기 챔버 본체의 상단부에서 상기 챔버 마개가 개폐되는 중앙 영역을 벗어나 위치하고, 상기 진공 단열부와 연결되어 개폐 조절되는 진공 포트를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 상기 내부 챔버의 외측에서 상기 진공 단열부를 향하여 형성되는 단열재를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 단열재는 상기 진공 단열부 내에서의 복사에 의한 열전달을 최소화하기 위해 상기 내부 챔버의 진공 단열부 측에 Multi-layer insulator(MLI)와 같은 단열재를 접착식 또는 비접착식으로 감아서 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 챔버부는, 상기 액체 질소의 응고를 감시하는 센서를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 챔버부에는 다양한 센서가 더 구비될 수 있다. 일 예로서, 액체 질소에 의한 시편의 온도를 검출하는 적어도 하나의 액체 질소용 시편 온도 센서, 및 액체 헬륨에 의한 시편의 온도를 검출하는 적어도 하나의 액체 헬륨용 시편 온도 센서를 더 포함한다. 또한, 액체 질소의 액화를 감지하는 액체 질소 액화 감지 센서를 더 포함한다. 액체 질소용 시편 온도 센서와 액체 헬륨용 시편 온도 센서는 그립부의 일단, 예를 들어 그립부의 하단에 위치하여 챔버 공간에 투입될 수 있다. 또한, 액체 질소 액화 감지 센서는 챔버 공간의 하단에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 그립부는, 상기 시편의 일단을 교체 가능하게 파지하는 제1 교체형 그립; 및 상기 시편의 타단을 교체 가능하게 파지하는 제2 교체형 그립;을 포함한다.
이때, 제1 교체형 그립은, 상기 시편의 일단을 고정하는 제1 고정유닛; 상기 제1 고정유닛을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시키는 제1 슬라이딩 고정몸체; 및 상기 제1 슬라이딩 고정몸체에 결합되는 제1 연결링을 포함한다.
또한, 제2 교체형 그립은, 상기 시편의 타단을 고정하는 제2 고정유닛; 상기 제2 고정유닛을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시키는 제2 슬라이딩 고정몸체; 및 상기 제2 슬라이딩 고정몸체에 결합되는 제2 연결링을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 제1 고정유닛은, 상기 시편의 일단이 중심에 삽입되는 제1 원통몸체; 상기 제1 원통몸체의 후단에 연결되며, 상기 제1 슬라이딩 고정몸체에 슬라이딩 삽입되는 제1 삽입몸체; 및 상기 제1 원통몸체와 상기 제1 삽입몸체 사이에 형성되는 제1 원형 홈을 포함한다.
또한, 제1 슬라이딩 고정몸체는, 상기 제1 삽입몸체보다 직경이 확장된 제1 확장몸체; 상기 제1 확장몸체에 구비되며, 상기 제1 삽입몸체가 슬라이딩 삽입 가능한 제1 슬라이딩 홈; 및 상기 제1 원형 홈에 지지되며, 상기 제1 삽입몸체의 슬라이딩을 가이드 하는 제1 가이드 돌기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 상기 제2 고정유닛은, 상기 시편의 타단이 중심에 삽입되는 제2 원통몸체; 상기 제2 원통몸체의 후단에 연결되며, 상기 제2 슬라이딩 고정몸체에 슬라이딩 삽입되는 제2 삽입몸체; 및 상기 제2 원통몸체와 상기 제2 삽입몸체 사이에 형성되는 제2 원형 홈을 포함한다.
또한, 제2 슬라이딩 고정몸체는, 상기 제2 삽입몸체보다 직경이 확장된 제2 확장몸체; 상기 제2 확장몸체에 구비되며, 상기 제2 삽입몸체가 슬라이딩 삽입 가능한 제2 슬라이딩 홈; 및 상기 제2 원형 홈에 지지되며, 상기 제2 삽입몸체의 슬라이딩을 가이드 하는 제1 가이드 돌기를 포함한다.
본 발명에 의하면, 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 액체헬륨을 챔버로 분사하기 위해 기체헬륨을 액체헬륨 저장부로 분사시키는데, 기체헬륨의 분사량, 분사속도 중 적어도 하나를 제어함으로써 챔버로 분사되는 액체헬륨의 정밀한 제어가 가능해질 수 있다. 이로써, 극저온의 액체헬륨의 정밀한 분사 제어를 통해 챔버의 내부 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 챔버로 분사되기 직전에 액체헬륨을 설정온도로 가열하는 히터를 배치함으로써, 히터를 이용한 챔버 온도 제어 기능이 추가될 수 있어, 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 기능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 극저온 인장시험기에 적용 가능한 챔버 및 시편 그립을 제공함으로써, 극저온 인장시험에 소요되는 시간을 대폭 단축시켜 극저온 인장시험의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 서로 다른 종류의 액체 냉매 즉, 액체 질소와 액체 헬륨을 챔버 내부로 분사 및 배기할 수 있는 노즐 시스템을 독립적으로 구비할 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 유로를 통해 액체 질소와 액체 헬륨을 공급 및 배기할 수 있어, 챔버 및 시편의 극저온 냉각을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 액체 질소의 응고를 감지할 수 있는 센서를 더 포함하여 액체 헬륨에 의해 액체 질소가 응고되는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 챔버 상에 인풋부와 아웃풋부가 각각 2개씩 구비될 수 있다. 이로써, 서로 다른 온도의 액체 질소와 액체 헬륨 각각이 서로 독립된 유로를 통해 챔버 내부로 공급됨은 물론, 냉각에 사용된 후 서로 다른 유로를 통해 배기됨으로써, 이종의 액체 냉매를 활용하여 챔버 및 시편의 극저온 냉각을 수행함에 있어 안전하고 정확한 극저온 인장시험을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 시편의 신속한 교체가 가능한 시편 그립 구조를 이용함으로써 극저온 인장시험을 위한 시편을 챔버 내부로 신속하게 로딩 및 언로딩 할 수 있다. 이에 따라, 극저온 인장시험에 소요되는 시간을 단축시키고 효율을 높일 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템에서 시편 온도를 검출하여 기체헬륨 분사를 제어하는 동작을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템이 적용 가능한 극저온 인장시험기를 간략히 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서 챔버부를 간략히 도시한 전, 후방 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템의 내부 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서 그립부의 결합 구조를 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서 그립부의 분해 구조를 보여주는 분해사시도이다.
도 11, 도 12, 및 도 13은 판상 시편 그립 구조를 나타낸 도면들이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템에서 시편 온도를 검출하여 기체헬륨 분사를 제어하는 동작을 설명하기 위해 도시한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 개념도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템이 적용 가능한 극저온 인장시험기의 일 예를 간략히 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템이 적용 가능한 극저온 인장시험기에 관하여 간략히 설명하기로 한다.
[극저온 인장시험기의 전반적인 구조]
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 극저온 인장시험기(1)는 본체부(10), 시험구동부(20), 및 로드부(30)를 포함한다.
본체부(10)는 일정 높이를 갖도록 상하, 즉 수직 방향으로 세워 설치되는 프레임 구조물을 말한다.
바람직하게는, 본체부(10)는 전, 후, 좌, 우 방향으로 자유롭게 이동 가능한 구조를 가질 수 있다. 이를 위해, 본체부(10)의 하단에는 바퀴가 구비될 수 있다.
시험구동부(20)는 시편(S)을 챔버(50)의 내부로 이동시켜 장착하거나 위로 이동시켜 장착 해제할 수 있는 장치로서, 본체부(10)의 내측에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 시험구동부(20)는 본체부(10)의 내측 상부에 위치할 수 있는데, 본체부(10)의 내측 하부에 위치하는 챔버(50)와 상하로 마주보도록 배치될 수 있다.
시험구동부(20)는 상하이동몸체(21)을 통해 로드부(30)와 그립부(40)와 함께 시편(S)를 챔버(50) 내에 투입하거나 챔버(50) 외부로 분리시킬 수 있다. 또한, 시편구동부(50)는 크로스헤드(24)의 상하 운동을 통해 챔버(50)의 내측에서 그립부(40)에 의해 고정된 시편(S)에 하중 또는 변위를 가할 수 있다.
로드부(30)는 시험구동부(20)의 하부에서 설정길이만큼 하향 돌출되는 구조를 가질 수 있다.
바람직하게는, 로드부(30)는 그립부(40)와 상하로 연결되는데 상호 동일 중심을 이루도록 상하로 연결될 수 있다.
또한, 로드부(30)는 시험구동부(20)에서 설정 하중이 인가되면, 그립부(40)에 하중을 가하여 시편(S)의 인장 시험을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시험구동부(20)는 상하이동몸체(21), 볼스크류(22), 서보모터(23), 크로스헤드(24), 및 하중센서(25)를 포함한다.
상하이동몸체(21)는 본체부(10)의 내측 상부에서 상하로 이동 가능하게 설정된 이동식 프레임이다.
볼스크류(22)는 상하이동몸체(21)의 내측에 위치할 수 있다. 볼스크류(22)는 상하이동몸체(21)의 내측에서 중심을 기준으로 좌우로 동일한 간격을 두고 복수 개가 서로 평행을 이루어 배치될 수 있다.
크로스헤드(24)는 복수 개의 볼스크류(22)와 교차하는 방향으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 크로스헤드(24)는 복수 개의 볼스크류(22) 각각에 연결되며, 복수 개의 볼스크류(22)의 길이 방향을 따라 상하로 수평을 이루어 미세하게 설정 거리만큼 이동할 수 있다.
서보모터(23)가 동작하여 회전력이 발생되면, 볼스크류(220)에 연결된 크로스헤드(24)는 상향 또는 하향 미세 거리 이동할 수 있다. 그리고 크로스헤드(24)의 이동에 따라, 크로스헤드(24)의 하부에 연결된 로드부(30)가 상하로 이동할 수 있다. 이에 따라, 그립부(40)에 고정된 시편(S)에는 설정 하중 또는 변위가 인가될 수 있다.
하중센서(25)는 크로스헤드(24)와 로드부(30) 사이에 위치할 수 있는데, 하중센서(25)는 로드부(30)에 인가된 하중을 검출할 수 있다.
한편, 챔버(50)는 본체부(10)의 내측 하부, 더 구체적으로는 시험구동부(20)보다 하측에 위치할 수 있다.
그립부(40)는 로드부(30)의 하부에 연결될 수 있다. 그립부(40)는 시편(S)의 양단을 파지하는 구조를 가질 수 있다.
시편(S)은 그립부(40)에 고정된 상태로 챔버(50)의 내부로 투입될 수 있다. 챔버(50)의 내부에서 시편(S)은 극저온 인장시험을 수행할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
[극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)은, 시편(S)을 수용하는 챔버(50)의 내부로 액체헬륨을 분사하여, 극저온 인장시험에 필요한 온도를 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 챔버(50)는 내부(즉, 챔버 공간)(511)가 밀폐된 챔버 본체(51)를 구비한다. 챔버(51)의 내부(즉, 챔버 공간)(511)에는 제1, 2 그립(41, 42)을 포함하는 그립부(40)에 의해 고정된 시편(S)이 투입되고, 그립부(40)는 로드부(30)와 상하로 연결될 수 있다. 이와 같이 구성됨에 따라, 극저온 인장시험 시 시편(S)은 그립부(40)에 고정된 상태로 챔버(50)의 내부(즉, 챔버 공간)(511)로 투입되고, 챔버(50)의 내부는 극저온환경이 조성될 수 있다. 이를 위해 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)이 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)은, 액체헬륨 저장부(110), 액체헬륨 분사부(120), 액체헬륨 분사 조절부(140)를 포함한다.
액체헬륨 저장부(110)는 극저온의 액체헬륨을 저장하는 장치이다.
바람직하게는, 상기 액체헬륨 저장부(110)는 극저온 상태의 액체헬륨을 설정된 양으로 저장할 수 있는 액체헬륨 저장탱크를 이용할 수 있다.
액체헬륨 분사부(120)는 액체헬륨 저장부(110)와 챔버(50) 사이에 연결되며 챔버(50)의 극저온 온도 제어에 필요한 액체헬륨을 챔버(50)의 내부로 분사시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 액체헬륨 분사부(120)는 액체헬륨 이송라인(121), 연결배관(123), 액체헬륨 분사노즐(124)를 포함한다.
액체헬륨 이송라인(121)은, 일단부(즉, 입구)는 상기 액체헬륨 저장부(110)의 내측에 연결되고, 타단부(즉, 출구)는 상기 챔버(50)까지 연결되는 배관라인을 말한다. 액체헬륨 이송라인(121)은 상기 액체헬륨 저장부(110)에 저장된 액체헬륨을 상기 챔버(50)까지 이송시킨다.
바람직하게는, 액체헬륨 이송라인(121)을 둘러 감싸도록 배치되는 진공자켓(122)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 극저온 상태의 액체헬륨의 원활하고 안전한 이송이 가능해 질 수 있다.
바람직하게는, 액체헬륨 이송라인(121)의 일단부(즉, 입구)는 기체헬륨 이송라인(1421)의 타단부(출구)의 높이보다 낮게 위치할 수 있다. 이에 따라, 기체헬륨의 분사량 및 분사속도에 따라 액체헬륨이 원활하게 챔버로 분사될 수 있다.
연결배관(123)은 상기 액체헬륨 이송라인(121)의 타단부(즉, 출구)에서 상기 챔버(50)의 내측 하단부까지 연결되는 배관 부위를 말한다.
연결배관(123)은 상기 챔버(50)의 하단부를 두께 방향으로 관통하여 연결될 수 있는데, 상기 챔버(50)의 내부까지 연통하여 액체헬륨을 분사할 수 있도록 되어 있다.
액체헬륨 분사노즐(124)은 상기 연결배관(123)의 말단(즉, 출구)에 연결되는 노즐 장치를 말한다.
액체헬륨 분사노즐(124)은 액체헬륨 이송라인(121)을 통해 이송된 액체헬륨을 챔버(50)의 내부 공간으로 분사시킨다.
이때, 액체헬륨이 챔버(50)까지 분사되는 양은 기체헬륨이 액체헬륨 저장부(110)로 분사되는 분사량 및 분사속도에 따라 정밀하게 제어될 수 있으며, 챔버(50)의 극저온 온도 조절이 정밀하게 제어될 수 있다.
액체헬륨 분사 조절부(140)는 상기 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 기체헬륨을 분사시킬 수 있다.
구체적으로는, 액체헬륨 분사 조절부(140)는 상기 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 기체헬륨을 분사시키는데, 이때, 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 분사되는 기체헬륨의 분사량, 분사속도를 조절할 수 있다.
이에 따라, 액체헬륨 분사 조절부(140)는 챔버(50)의 내부로 분사되는 액체헬륨의 분사량을 제어함으로써, 결과적으로 극저온 인장시험 시 시편이 투입된 챔버(50)의 극저온환경 확보를 위하여 시험 온도를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 액체헬륨 분사 조절부(140)는 기체헬륨 저장부(141)과 기체헬륨 분사부(142)를 포함한다.
기체헬륨 저장부(141)는 고압의 기체헬륨을 저장하는 장치이다.
바람직하게는, 상기 기체헬륨 저장부(141)는 소정의 기체헬륨을 설정 압력으로 저장 가능한 기체헬륨 저장탱크를 이용할 수 있다.
기체헬륨 분사부(142)는 기체헬륨 저장부(141)와 액체헬륨 저장부(110) 사이에 연결되며, 기체헬륨을 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 분사시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 기체헬륨 분사부(142)는 기체헬륨 이송라인(1421)과 기체헬륨 분사조절밸브(1422)를 포함한다.
기체헬륨 이송라인(1421)은 일단부(즉, 입구)가 상기 기체헬륨 저장부(141)의 내측에 연결되어 기체헬륨의 유입이 가능하게 형성되고, 타단부(즉, 출구)가 상기 액체헬륨 저장부(110)의 내측에 연결되어, 기체헬륨이 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 분사될 수 있게 형성된다.
이에 따라, 기체헬륨 이송라인(1421)은 상기 기체헬륨 저장부(141)에서 상기 액체헬륨 저장부(110)로 기체헬륨을 이송시킬 수 있다.
기체헬륨 분사조절밸브(1422)는 상기 기체헬륨 이송라인(1421)에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
기체헬륨 분사조절밸브(1422)는 상기 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 분사되는 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어하는 밸브 또는 밸브와 유사한 기능을 갖는 장치일 수 있다.
바람직하게는, 상기 기체헬륨 분사조절밸브(1422)는 액체헬륨 저장부(110)의 내부로 분사되는 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어하는 비례제어밸브, 솔레노이드밸브, MFC(Mass Flow Controller) 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
다만, 본 발명에서의 기체헬륨 분사조절밸브(1422)는 반드시 상기의 비례제어밸브, 솔레노이드밸브, MFC(Mass Flow Controller) 중 하나에 한정될 필요는 없으며, 이와 유사한 기능을 갖는 것으로 통상의 기술자에게 자명한 장치라면 제한 없이 이용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)은 제어부(150)를 더 포함한다.
제어부(150)는 기체헬륨 분사조절밸브(1422)의 동작을 제어할 수 있다.
바람직하게는, 챔버(50)에 수용된 시편(S)의 온도를 온도센서(70)가 실시간(또는 설정 시간 간격)으로 검출할 수 있다.
제어부(150)는 온도센서(70)에서 검출된 시편(S)의 온도 정보를 기초로, 액체헬륨 저장부(110)로 분사되는 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 시편의 온도 정보를 실시간(또는 설정 시간 간격)으로 검출하고, 이를 제어부(150)에 피드백 한다.
제어부(150)는 시편의 온도 정보를 기초로 기체헬륨의 분사량 및 분사속도를 제어하여, 챔버(50)의 내부 온도를 보다 정밀하게 능동 제어할 수 있다.
[극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)은, 전술한 제1 실시예에 더하여 챔버(50)의 내부로 분사되는 액체헬륨의 온도를 히터로 가열하여 온도 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템은, 전술한 제1 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)(도 1, 2 참조)에 더하여 히터(130)를 더 포함할 수 있다.
히터(130)는 연결배관(123)을 통해 액체헬륨 분사노즐(124)을 향해 유동하는 액체헬륨의 온도를 조절하도록 설정온도로 가열되는 가열 장치이다.
히터(130)는 액체헬륨 이송라인(121)과 액체헬륨 분사노즐(124) 사이를 연결하는 연결배관(123)에 위치하며, 연결배관(123)을 거쳐 액체헬륨 분사노즐(124)을 통해 분사되는 액체헬륨의 온도를 설정온도로 조절할 수 있다.
이에 따라, 액체헬륨 분사 조절부(140)에서의 기체헬륨의 분사량 및 분사속도를 조절하여 챔버(50) 내부로 분사되는 액체헬륨의 분사량을 제어하는 기능에 더하여, 액체헬륨 분사노즐(124)을 통해 챔버(50)의 내부로 최종 분사되는 액체헬륨의 온도를 정밀 제어하는 기능을 가질 수 있어, 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 기능이 향상될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템에서의 히터(130)는 상기 연결배관(123)의 외부를 감싸는 형태로 위치하며, 직접적으로 연결배관(123)을 설정온도로 가열하도록 구성된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 경우, 단일의 연결배관(123)과 연결배관(123)의 외부에 히터(140)가 직접적으로 부착되어 가열되는 히팅 구조를 가진다.
[극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템의 제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)은, 전술한 제2 실시예와 달리 이중의 연결배관(123) 구조를 가지며, 연결배관(123)을 가열하는 히터(130)가 내장형 구조로 이루어질 수 있다. 이를 통해 전술한 제2 실시예에 비해 히팅 효율을 증가시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템은, 전술한 제2 실시예와 같이 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템(100)(도 1, 2 참조)의 세부 구성에 더하여 히터(130)를 더 포함할 수 있다.
히터(130)는 연결배관(123)을 거쳐서 액체헬륨 분사노즐(124)을 향해 유동하는 액체헬륨의 온도를 조절하도록 설정온도로 가열되는 가열 장치이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따르는 히터(130)는 내장형 구조를 가진다.
바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이 연결배관(123)은, 내부배관(1231), 외부배관(1232), 단열재(1233)를 포함한다.
내부배관(1231)은 액체헬륨 이송라인(121)과 액체헬륨 분사노즐(124) 사이를 연결하며, 챔버(50)의 하단부를 관통하여 액체헬륨이 유동하는 배관을 말한다.
외부배관(1232)은 상기 내부배관(1231)과 소정의 간격을 두고 상기 내부배관(1231)을 외측에서 둘러 감싸는 배관을 말한다.
단열재(1233)는 상기 내부배관(1231)과 상기 외부배관(1232) 사이에 채워지는 단열 소재를 말한다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 내장형 히터(130)는 상기 내부배관(1231)과 상기 외부배관(1232) 사이, 즉 단열재(1233)가 채워지는 내부 공간을 이용하여 내장될 수 있고, 단열 효율을 향상시키기 위해 내부 공간은 진공 상태일 수 있다.
이러한 히터(130)는 액체헬륨 이송라인(121)과 액체헬륨 분사노즐(124) 사이를 연결하는 연결배관(123)에 내장되어, 연결배관(123)을 거쳐 액체헬륨 분사노즐(124)을 통해 분사되는 액체헬륨의 온도를 설정온도로 조절할 수 있다.
이에 따라, 액체헬륨 분사 조절부(140)에서의 기체헬륨의 분사량 및 분사속도를 조절하여 챔버(50) 내부로 분사되는 액체헬륨의 분사량을 제어하는 기능에 더하여, 액체헬륨 분사노즐(124)을 통해 챔버(50)의 내부로 최종 분사되는 액체헬륨의 온도를 정밀 제어하는 기능을 축가적으로 더 가질 수 있어, 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 기능이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 극저온 인장시험을 위한 극저온환경을 조성하도록 시편이 장착된 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하여, 챔버 온도를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 액체헬륨을 챔버로 분사하기 위해 기체헬륨을 액체헬륨 저장부로 분사시키는데, 기체헬륨의 분사량, 분사속도 중 적어도 하나를 제어함으로써 챔버로 분사되는 액체헬륨의 정밀한 제어가 가능해질 수 있다. 이로써, 극저온의 액체헬륨의 정밀한 분사 제어를 통해 챔버의 내부 온도를 효율적으로 제어할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 챔버로 분사되기 직전에 액체헬륨을 설정온도로 가열하는 히터를 배치함으로써, 히터를 이용한 챔버 온도 제어 기능이 추가될 수 있어, 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 기능을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 챔버부(50)는 본체부(10)의 내측 하부, 더 구체적으로는 시험구동부(20)보다 하측에 위치할 수 있다. 그립부(40)는 로드부(30)의 하부에 연결되는데, 극저온 인장시험의 대상체인 시편(S)의 양단을 원터치 방식으로 슬라이딩 착탈 결합이 가능하게 파지한다. 그립부(40)에 양단이 파지된 시편(S)은 그립부(40)와 함께 챔버부(50)의 내부, 즉 챔버 공간의 내부를 향하여 하향 이동하여 내장될 수 있다. 이후, 액체 질소 및 액체 헬륨을 이용하여 챔버 공간 내부에서 시편(S)을 극저온으로 냉각시킨 후 로드부(30)를 상하로 이동시켜 극저온 인장시험을 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
[극저온 인장시험기용 챔버 및 그립 시스템의 세부 구조]
도면에서, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서 챔버부를 간략히 도시한 전, 후방 사시도이고, 도 8은 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템의 내부 구조를 간략히 도시한 도면이며, 도 9는 그립부의 결합 구조를 보여주는 사시도이고, 도 10은 그립부의 분해 구조를 보여주는 분해사시도이다.
본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템은 챔버부(50)와 그립부(40)를 포함하며, 시편의 냉각 시간을 대폭 단축시켜 극저온 인장시험의 효율을 향상시킨다.
챔버부(50)는 극저온 인장시험의 대상체인 시편(S)을 수용하는 챔버 공간(511)을 갖는다.
챔버부(50)는 챔버 공간(511)에 수용된 시편(S)를 극저온으로 냉각시키는데, 액체 질소와 액체 헬륨을 이용할 수 있다.
그립부(40)는 시편(S)의 양단을 슬라이딩 방식으로 교체 가능하게 결합시킬 수 있다.
그립부(40)는 극저온 인장시험 시 시편(S)을 챔버 공간(511)의 내부에 투입시켜 시편(S)의 양단을 파지할 수 있다.
[챔버부]
이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서의 챔버부(50)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8를 참조하면, 도시된 바와 같이 챔버부(50)는 챔버 본체(51), 진공 단열부(52), 및 단열재(53)를 포함한다.
챔버 본체(51)는 챔버 공간(511)이 내측 중앙에 위치하며, 그립부(40)에 파지된 시편(S)을 극저온으로 냉각시키기 위해 액체 질소와 액체 헬륨을 내부에 주입시켜 보관할 수 있도록 외부와 밀폐된 구조를 가질 수 있다.
진공 단열부(52)는 챔버 본체(51)의 내부에 마련될 수 있다. 진공 단열부(52)는 진공 상태의 공간을 확보하여 챔버 공간(511)의 극저온 상태를 외부로부터 단열시킬 수 있다.
구체적으로는, 챔버 본체(51)는 외부 챔버(51a)와, 상기 외부 챔버(51a)의 내측에 위치하는 내부 챔버(51b)를 포함하는 구조를 가진다. 이때, 진공 단열부(52)는 외부 챔버(51a)와 내부 챔버(51b) 사이에 위치한다.
또한, 진공 단열부(52)의 진공 확보를 위해 챔버 본체(51)에는 진공 단열부(52)와 연결되는 진공 포트(58)가 더 구비될 수 있다.
단열재(53)는 내부 챔버(51b)의 외측에서 진공 단열부(52)를 향하여 형성될 수 있다. 즉, 단열재(53)는 내부 챔버(51b)에서 진공 단열부(52) 측을 향해 설치 가능하다. 예를 들어, 단열재(53)는 진공 단열부(52) 내에서의 복사에 의한 열전달을 최소화하기 위해 내부 챔버(51b)의 진공 단열부(52) 측에 Multi-layer insulator(MLI)와 같은 단열재를 접착식 또는 비접착식으로 감아서 설치될 수 있다.
한편, 챔버부(50)는 액체 질소를 공급하는 제1 인풋부(54), 액체 헬륨을 공급하는 제2 인풋부(55), 시편의 극저온 냉각에 이용된 질소 기체를 배기하는 제1 아웃풋부(56), 및 시편의 극저온 냉각에 이용된 헬륨 기체를 배기하는 제2 아웃풋부(57)를 포함한다.
예를 들어, 제1 인풋부(54)는 외부로부터 액체 질소를 전달받아 챔버부(50), 더 구체적으로는 챔버 본체(51)의 내부에 밀폐된 챔버 공간(511)에 액체 질소를 공급하는데 이용된다.
제2 인풋부(55)는 외부로부터 액체 헬륨을 전달받아 챔버부(50), 더 구체적으로는 챔버 본체(51)의 내부에 밀폐된 챔버 공간(511)에 액체 헬륨을 공급하는데 이용된다.
제1 아웃풋부(56)는 밀폐된 챔버 공간(511) 내에서 시편의 극저온 냉각에 사용된 질소, 즉 질소 기체를 챔버 본체(51)의 외부로 배기시키는데 이용된다.
제2 아웃풋부(57)는 밀폐된 챔버 공간(511) 내에서 시편의 극저온 냉각에 사용된 헬륨, 즉 헬륨 기체를 챔버 본체(51)의 외부로 배기시키는데 이용된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 챔버부(50)를 구성하는 챔버 본체(51)에는 2개의 인풋부(54, 55)와 2개의 아웃풋부(56, 57)가 구비된다. 다시 말해, 액체 질소와 액체 헬륨이 챔버 본체(51)의 내부로 공급되는 인풋부가 각각 별도로 구비되고, 시편의 냉각에 사용된 질소와 헬륨이 챔버 본체(51)의 외부로 배기되는 아웃풋부 역시 각각 별도로 구비될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 온도를 갖는 질소와 헬륨의 배기 유로를 별도로 마련함으로써 배기되어야 하는 질소가 액화 되는 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서 챔버부(50)는 제1 연결라인(541), 제1 노즐(542), 제2 연결라인(551), 및 제2 노즐(552)를 더 포함한다.
제1 연결라인(541)은 제1 인풋부(54)로 공급된 액체 질소를 챔버 본체(51)의 내부에 밀폐된 소정의 챔버 공간(511)까지 유동시켜 공급하는 액체 질소용 공급유로를 제공한다.
예를 들어, 제1 연결라인(541)의 일단부는 제1 인풋부(54)와 연결되고, 제1 연결라인(541)의 타단부는 챔버 공간(511)까지 연결되는 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 6 및 도 7에 도시된 형태에 반드시 제한될 필요는 없으며, 이와 다른 형상으로 조금씩 변경되어도 무방하다.
제1 노즐(542)은 제1 연결라인(541)의 타단부에 구비될 수 있다. 제1 노즐(542)는 액체 질소를 챔버 공간(511)의 내부로 스왈링(swirling) 방식으로 분사하는 스왈링 노즐을 이용할 수 있다.
제2 연결라인(551)은 제2 인풋부(55)로 공급된 액체 헬륨을 챔버 본체(51)의 내부에 밀폐된 소정의 챔버 공간(511)까지 유동시켜 공급하는 액체 헬륨용 공급유로를 제공한다.
예를 들어, 제2 연결라인(551)의 일단부는 제2 인풋부(55)와 연결되고, 제2 연결라인(551)의 타단부는 챔버 공간(511)까지 연결되는 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 6 및 도 7에 도시된 형태에 반드시 제한될 필요는 없으며, 이와 다른 형상으로 조금씩 변경되어도 무방하다.
제2 노즐(552)은 제2 연결라인(551)의 타단부에 구비될 수 있다. 제2 노즐(552)은 액체 헬륨을 챔버 공간(511)에 수용된 시편(S)에 직접 분사할 수 있다.
다시 말해, 제2 노즐(552)은 그립부(40)에 의해 양단이 파지된 상태로 챔버 공간(511)의 내측 중심에 길게 위치 고정된 시편(S)에 마주하여 배치될 수 있으며, 제2 노즐(552)은 시편(S)을 향해 액체 헬륨을 직접 분사할 수 있는 직분사 노즐을 이용할 수 있다. 이로써, 보다 신속하고 효율적으로 시편(S)의 극저온 냉각이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서, 챔버 본체(51)는 상단부(512)의 중앙이 개방되고, 하단부(513)는 전면이 밀폐된 원통 형상을 가질 수 있다(도 6 및 도 7 참조).
그리고 챔버부(50)는 챔버 마개(59)를 더 포함한다. 챔버 마개(59)는 챔버 본체(51)의 상단부(512) 중앙에 형성된 개방 부위를 개방하거나 폐쇄시키도록 챔버 본체(51)에 결합 또는 분리 가능한 형태로 제공될 수 있다.
한편, 제1 인풋부(54)와 제2 인풋부(55) 각각은 다른 위치에 각각 형성되어 서로 일정한 거리를 두고 이격하여 배치될 수 있어, 액체 질소와 액체 헬륨이 서로 다른 위치에서 안정적으로 공급될 수 있다.
예를 들어, 챔버 본체(51)가 원통 형상을 가지면, 제1 인풋부(54)와 제2 인풋부(55) 각각은 챔버 본체(51)의 원통 둘레 면에서 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치될 수 있다(도 6 및 도 7 참조).
제1 아웃풋부(56)와 제2 아웃풋부(57) 각각은 다른 위치에 각각 형성되어 서로 일정한 거리를 두고 이격하여 배치될 수 있어, 외부로 배기되는 질소의 배기 유로와 헬륨의 배기 유로 간의 간섭을 배제할 수 있다.
예를 들어, 챔버 본체(51)가 원통 형상을 가지면, 제1 아웃풋부(56)와 제2 아웃풋부(57)는 챔버 본체(51)의 상단부 중에서 챔버 마개(59)가 개폐되는 중앙 개방 영역을 벗어나 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 이로써, 시편의 냉각에 사용된 기체 상태의 질소와 헬륨이 서로 독립적인 유로를 통해 외부로 배기될 수 있으면서, 질소와 헬륨 간의 배기구가 서로 일정 거리를 두고 형성됨으로써, 작업 편의성 및 안정성 확보에 유리한 장점이 있다.
한편, 진공 포트(58)는 원통 형상의 챔버 본체(51)에서 챔버 마개(59)가 개폐되는 중앙의 개방 영역을 벗어나 챔버 본체(51)의 상단부(512) 일측에 위치할 수 있는데, 챔버 본체(51) 내측의 진공 단열부(52)와 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서의 챔버부(50)는 액체 질소의 응고를 감지하는 센서(60)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 액체 질소와 액체 헬륨을 이용하여 시편의 극저온 냉각 과정 중에 액체 질소가 응고되는 것을 실시간으로 감지할 수 있어, 액체 질소의 유동 및 냉각 기능 상에 문제가 발생되는 것을 작업자가 모니터링 할 수 있다.
이에 더하여, 챔버부(50)는 별도로 도시하진 않았으나 액체 질소에 의한 시편의 온도를 검출하는 액체 질소용 시편 온도 센서와 액체 헬륨에 의한 시편의 온도를 검출하는 액체 헬륨용 시편 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 챔버부(50)는 별도로 도시하진 않았으나 액체 질소의 액화를 감지하는 액체 질소 액화 감지 센서를 더 포함할 수 있다. 액체 질소용 시편 온도 센서(미도시)와 액체 헬륨용 시편 온도 센서(미도시)는 그립부(40)의 일단, 예를 들어 그립부(40)의 하단에 위치하여 챔버 공간(511)에 투입될 수 있다. 또한, 액체 질소 액화 감지 센서는 챔버 공간의 하단에 위치할 수 있다.
한편, 도 8를 참조하면, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템을 구성하는 챔버부(50)의 내부에 시편(S)의 양단을 파지하여 고정하고 있는 그립부(40)의 배치 구조와, 그립부(40)의 상단에 연결된 로드부(30)의 연결 모습을 보여준다.
[그립부]
이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템에서의 그립부(40)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도시된 바와 같이 그립부(40)는 극저온 인장시험 시 시편(S)을 챔버 공간(511)(도 6 및 도 7 참조)의 내부에 투입시켜 시편(S)의 양단을 파지하도록 구성된다.
이에 따라, 그립부(40)에 양단이 파지된 시편(S)에 설정된 인장하중이 가해져 극저온 인장시험이 가능해 질 수 있다.
또한, 그립부(40)는 시편(S)의 교체 편의성을 향상시키고, 시편(S)의 교체 및 장착 시간을 단축시킬 수 있도록 시편(S)의 양단과 신속하게 슬라이딩 결합 및 해제될 수 있는 구조를 가진다.
도 9는 그립부(40)가 시편(S)과 결합된 상태를 보여주고, 도 10은 그립부(40)가 시편(S)과 분리된 상태를 보여준다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도시된 그립부(40)는 제1 교체형 그립(41)과 제2 교체형 그립(42)를 포함한다.
제1 교체형 그립(41)은 시편(S)의 일단을 슬라이딩 방식으로 교체 가능하게 파지하는 형상을 가질 수 있다.
제2 교체형 그립(42)은 시편(S)의 타단을 슬라이딩 방식으로 교체 가능하게 파지하는 형상을 가질 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1 교체형 그립(41)은 제1 고정유닛(413), 제1 슬라이딩 고정몸체(411), 및 제1 연결링(412)을 포함한다.
예를 들어, 제1 고정유닛(413)은 시편(S)의 일단을 삽입시켜 고정한다.
제1 슬라이딩 고정몸체(411)는 제1 고정유닛(413)을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시킬 수 있다.
그리고 제1 연결링(412)은 제1 슬라이딩 고정몸체(411)에 결합되는 링 형상 부재를 말한다.
구체적으로 설명하면, 제2 교체형 그립(42)은 제2 고정유닛(423), 제2 슬라이딩 고정몸체(421), 제2 연결링(422)을 포함한다.
예를 들어, 제2 고정유닛(423)은 시편(S)의 타단을 삽입시켜 고정한다.
제2 슬라이딩 고정몸체(421)는 제2 고정유닛(423)을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시킬 수 있다.
그리고 제2 연결링(422)은 제2 슬라이딩 고정몸체(421)에 결합되는 링 형상의 부재를 말한다.
더 구체적으로 설명하면, 제1 고정유닛(413)은 제1 원통몸체(4131), 제1 삽입몸체(4133), 및 제1 원형 홈(4132)을 포함한다(도 10 참조).
도 10을 참조하면, 제1 원통몸체(4131)는 시편(S)의 일단이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 원통형 몸체이다. 시편(S)의 일단은 제1 원통몸체(4131)의 중심에 삽입 고정될 수 있다.
또한, 제1 삽입몸체(4133)는 제1 원통몸체(4131)의 후단에 연결될 수 있는데, 제1 슬라이딩 고정몸체(411)에 슬라이딩 방식으로 원터치 결합 및 분리될 수 있다.
또한, 제1 원형 홈(4132)은 제1 원통몸체(4131)와 제1 삽입몸체(4133) 사이에 형성되는 원형의 띠 형상의 홈이다. 제1 원형 홈(4132)은 제1 슬라이딩 고정몸체(411)의 제1 가이드 돌기(4113)가 삽입되는 홈으로 이용된다.
더 구체적으로 설명하면, 제1 슬라이딩 고정몸체(411)는 제1 확장몸체(4111), 제1 슬라이딩 홈(4112), 제1 가이드 돌기(4113)을 포함한다(도 10 참조).
도 10을 참조하면, 제1 확장몸체(4111)는 제1 삽입몸체(4133)보다 직경이 확장된 원통 형상을 가진다.
또한, 제1 슬라이딩 홈(4112)은 제1 확장몸체(4111)의 내측에 구비된다. 제1 슬라이딩 홈(4112)은 제1 삽입몸체(4133)가 슬라이딩 방식으로 삽입되는 홈으로 이용된다.
또한, 제1 가이드 돌기(4113)는 제1 원형 홈(4132)에 지지되며, 제1 삽입몸체(4133)의 슬라이딩 결합 및 해제를 가이드 해준다.
더 구체적으로 설명하면, 제2 고정유닛(423)은 제2 원통몸체(4231), 제2 삽입몸체(4233), 제2 원형 홈(4232)를 포함한다(도 10 참조).
도 10을 참조하면, 제2 원통몸체(4231)는 시편(S)의 타단이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 원통형 몸체이다. 시편(S)의 타단은 제2 원통몸체(4231)의 중심에 삽입 고정될 수 있다.
또한, 제2 삽입몸체(4233)는 제2 원통몸체(4231)의 후단에 연결될 수 있는데, 제2 슬라이딩 고정몸체(421)에 슬라이딩 방식으로 원터치 결합 및 분리될 수 있다.
또한, 제2 원형 홈(4232)은 제2 원통몸체(4231)와 제2 삽입몸체(4233) 사이에 형성되는 원형 띠 형상의 홈이다. 제2 원형 홈(4232)은 제2 슬라이딩 고정몸체(421)의 제2 가이드 돌기(4213)가 삽입되는 홈으로 이용된다.
더 구체적으로 설명하면, 제2 슬라이딩 고정몸체(421)는 제2 확장몸체(4211), 제2 슬라이딩 홈(4212), 제2 가이드 돌기(4213)을 포함한다(도 10 참조).
도 10을 참조하면, 제2 확장몸체(4211)는 제2 삽입몸체(4233)보다 직경이 확장된 원통 형상을 가진다.
또한, 제2 슬라이딩 홈(4212)은 제2 확장몸체(4211)의 내측에 구비된다. 제2 슬라이딩 홈(4212)은 제2 삽입몸체(423)가 슬라이딩 방식으로 삽입되는 홈으로 이용된다.
또한, 제2 가이드 돌기(4213)는 제2 원형 홈(4232)에 지지되며 제2 삽입몸체(4233)의 슬라이딩 결합 및 해제를 가이드 해준다.
이와 같이 구성됨에 따라, 극저온 인장시험의 대상체인 시편(S)을 그립부(40)에 신속하게 장착 및 분리시킬 수 있다. 또한, 필요 시 다른 시편으로 신속하게 교체하여 장착할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 별도의 볼트 등의 체결 부재를 사용하지 않고서도 준비된 시편(S)을 쉽고 간편하면서도 신속하고 정확하게 교체 장착할 수 있어 극저온 인장시험에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
그리고 한편, 도 9 및 도 10을 참조하면 도시된 그립부(40)와 시편(S)은 봉상 시편에 적합한 구조를 개시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 판상 시편과 판상 시편을 슬라이딩 방식으로 교체 장착할 수 있는 구조까지 포함할 수 있다.
도 11, 도 12, 및 도 13는 판상 시편 그립 구조를 나타낸 도면들이다.
도시된 바와 같이, 예를 들어 판상 시편용 그립(45)은 원통몸체(451)와, 판상 시편(S)을 고정하는 고정몸체(453)과, 원형 홈(452)를 포함할 수 있다.
도 12 및 도 13를 참조하면, 판상 시편(S)을 고정하는 고정몸체(453)는 제1 고정몸체(4531)와, 제1 고정몸체(4531)와 마주하여 체결되는 제2 고정몸체(4532)를 포함한다.
고정몸체(453)의 내측에는 판상 시편(S)의 단부, 예를 들어, 사각형의 판상 시편(S)의 단부가 끼워져 분리가 방지되는 시편 삽입 홈(4533)이 구비된다.
판상 시편(S)은 시편 삽입 홈(4533)에 삽입된 다음, 제1 고정몸체(4531)와 제2 고정몸체(4532) 간의 체결에 의해 고정될 수 있다. 제1 체결몸체(4531)와 제2 고정몸체(4532) 간의 체결을 위해 볼트 체결이 가능한 복수의 체결 홀(4534)이 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 극저온 인장시험기에 적용 가능한 챔버 및 시편 그립을 제공함으로써, 극저온 인장시험에 소요되는 시간을 대폭 단축시켜 극저온 인장시험의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 서로 다른 종류의 액체 냉매 즉, 액체 질소와 액체 헬륨을 챔버 내부로 분사 및 배기할 수 있는 노즐 시스템을 독립적으로 구비할 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 유로를 통해 액체 질소와 액체 헬륨을 공급 및 배기할 수 있어, 챔버 및 시편의 극저온 냉각을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 액체 질소의 응고를 감지할 수 있는 센서를 더 포함하여 액체 헬륨에 의해 액체 질소가 응고되는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 챔버 상에 인풋부와 아웃풋부가 각각 2개씩 구비될 수 있다. 이로써, 서로 다른 온도의 액체 질소와 액체 헬륨 각각이 서로 독립된 유로를 통해 챔버 내부로 공급됨은 물론, 냉각에 사용된 후 서로 다른 유로를 통해 배기됨으로써, 이종의 액체 냉매를 활용하여 챔버 및 시편의 극저온 냉각을 수행함에 있어 안전하고 정확한 극저온 인장시험을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 시편의 신속한 교체가 가능한 시편 그립 구조를 이용함으로써 극저온 인장시험을 위한 시편을 챔버 내부로 신속하게 로딩 및 언로딩 할 수 있다. 이에 따라, 극저온 인장시험에 소요되는 시간을 단축시키고 효율을 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (20)

  1. 시편을 수용하는 챔버 내부로 액체헬륨을 분사하여, 극저온 인장시험에 필요한 온도를 제어하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템으로서,
    액체헬륨을 저장하는 액체헬륨 저장부;
    상기 액체헬륨 저장부와 상기 챔버 사이에 연결되며, 액체헬륨을 상기 챔버로 분사시키는 액체헬륨 분사부;
    상기 액체헬륨 저장부의 내부로 기체헬륨을 분사시키며, 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 챔버로 분사되는 액체헬륨을 제어하고, 상기 챔버의 온도를 조절하는 액체헬륨 분사 조절부;를
    포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체헬륨 분사 조절부는,
    기체헬륨을 저장하는 기체헬륨 저장부; 및
    상기 기체헬륨 저장부와 상기 액체헬륨 저장부 사이에 연결되며, 기체헬륨을 상기 액체헬륨 저장부의 내부로 분사시키는 기체헬륨 분사부;
    를 포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기체헬륨 저장부는,
    소정의 기체헬륨을 설정 압력으로 저장 가능한 기체헬륨 저장탱크 인 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기체헬륨 분사부는,
    일단부는 상기 기체헬륨 저장부의 내측에 연결되고, 타단부는 상기 액체헬륨 저장부의 내측에 연결되며, 상기 기체헬륨 저장부에서 상기 액체헬륨 저장부로 기체헬륨을 이송하는 기체헬륨 이송라인; 및
    상기 기체헬륨 이송라인에 적어도 하나 연결되며, 상기 액체헬륨 저장부의 내부로 분사되는 기체헬륨의 분사량 및 분사속도 중 적어도 하나를 제어하는 기체헬륨 분사조절밸브;
    를 포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기체헬륨 분사조절밸브는,
    비례제어밸브, 솔레노이드밸브, MFC(Mass Flow Controller) 중 하나 이상을 포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액체헬륨 저장부는,
    소정의 액체헬륨을 저장 가능한 액체헬륨 저장탱크 인 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액체헬륨 분사부는,
    일단부는 상기 액체헬륨 저장부의 내측에 연결되고, 타단부는 상기 챔버에 연결되며, 상기 액체헬륨 저장부에 저장된 액체헬륨을 상기 챔버로 이송하는 액체헬륨 이송라인;
    상기 액체헬륨 이송라인의 타단부에서 상기 챔버의 하단부까지 연결되되, 상기 챔버의 하단부를 관통하여 상기 챔버의 내부까지 연통하여 형성되는 연결배관; 및
    상기 연결배관의 말단에 연결되며, 상기 챔버의 내부로 액체헬륨을 분사하는 액체헬륨 분사노즐;
    을 포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결배관을 통해 상기 액체헬륨 분사노즐을 향해 유동하는 액체헬륨의 온도를 조절하도록 설정온도로 가열되는 히터;
    를 더 포함하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 연결배관의 외부에 위치하는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연결배관은,
    상기 액체헬륨 분사노즐을 향해 액체헬륨이 유동하는 내부배관;
    상기 내부배관과 소정의 간격을 두고 상기 내부배관을 감싸는 외부배관; 및
    상기 내부배관 및 상기 외부배관 사이에 구비되는 단열재;를 포함하고,
    상기 히터는,
    상기 내부배관과 상기 외부배관 사이에 내장되는 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템.
  11. 극저온 인장시험의 대상체인 시편을 수용하는 챔버 공간을 구비하며, 액체 질소 및 액체 헬륨을 이용하여 상기 시편을 극저온 온도로 냉각시키는 챔버부; 및
    상기 시편의 양단을 슬라이딩 방식으로 교체 가능하게 결합시키고, 극저온 인장시험 시 상기 시편을 상기 챔버 공간의 내부에 투입시켜 상기 시편의 양단을 파지하는 그립부;
    를 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    상기 챔버 공간이 내측 중앙에 위치하며, 상기 액체 질소 및 상기 액체 헬륨의 내부 주입이 가능하도록 외부와 밀폐된 구조를 갖는 챔버 본체; 및
    상기 챔버 본체의 내부에 마련된 진공 단열부;를 포함하고,
    상기 챔버 본체는, 외부 챔버; 및
    상기 외부 챔버의 내측에 위치하는 내부 챔버;를 포함하고,
    상기 진공 단열부는, 상기 외부 챔버와 상기 내부 챔버 사이에 위치하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    상기 액체 질소를 상기 챔버 공간으로 공급하는 제1 인풋부;
    상기 액체 헬륨을 상기 챔버 공간으로 공급하는 제2 인풋부;
    상기 챔버 공간 내에서 상기 시편의 냉각에 사용된 질소 기체를 상기 챔버 본체 외부로 배기시키는 제1 아웃풋부; 및
    상기 챔버 공간 내에서 상기 시편의 냉각에 사용된 헬륨 기체를 상기 챔버 본체 외부로 배기시키는 제2 아웃풋부;
    를 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 챔버 본체는 상단부의 중앙이 개방되고, 하단부는 전면 밀폐된 원통 형상을 가지며,
    상기 챔버부는,
    상기 챔버 본체의 개방된 상단부의 중앙을 개폐시키는 챔버 마개;
    를 더 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 인풋부 및 상기 제2 인풋부 각각은,
    상기 챔버 본체의 둘레 면에서 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치되고,
    상기 제1 아웃풋 및 상기 제2 아웃풋부 각각은,
    상기 챔버 본체의 상단부에서 상기 챔버 마개가 개폐되는 중앙 영역을 벗어나 서로 원주방향으로 설정간격을 두고 이격 배치되는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    상기 챔버 본체의 상단부에서 상기 챔버 마개가 개폐되는 중앙 영역을 벗어나 위치하고, 상기 진공 단열부와 연결되어 개폐 조절되는 진공 포트;
    를 더 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    상기 내부 챔버의 외측에서 상기 진공 단열부를 향하여 형성되는 단열재;
    를 더 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    상기 액체 질소의 응고를 감시하는 센서;
    를 더 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 그립부는,
    상기 시편의 일단을 교체 가능하게 슬라이딩 방식으로 파지하는 제1 교체형 그립; 및
    상기 시편의 타단을 교체 가능하게 슬라이딩 방식으로 파지하는 제2 교체형 그립;
    을 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 교체형 그립은,
    상기 시편의 일단을 고정하는 제1 고정유닛;
    상기 제1 고정유닛을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시키는 제1 슬라이딩 고정몸체; 및
    상기 제1 슬라이딩 고정몸체에 결합되는 제1 연결링;을 포함하고,
    상기 제2 교체형 그립은,
    상기 시편의 타단을 고정하는 제2 고정유닛;
    상기 제2 고정유닛을 슬라이딩시켜 교체 가능하게 결합시키는 제2 슬라이딩 고정몸체; 및
    상기 제2 슬라이딩 고정몸체에 결합되는 제2 연결링;
    을 포함하는 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템.
PCT/KR2024/000835 2023-06-21 2024-01-17 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템 Pending WO2024262729A1 (ko)

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PCT/KR2024/000835 Pending WO2024262729A1 (ko) 2023-06-21 2024-01-17 극저온 인장시험용 시험 온도 제어 시스템, 극저온 인장시험용 챔버 및 그립 시스템

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