액체 수소 및 액화 천연가스와 같은 작동 유체의 유량을 정밀하게 제어하기 위해 극저온 니들 밸브를 사용하며, 이를 위해서는 밸브를 극저온 환경을 고려하여 설계하는 것이 필수적이다. 누설에 직접적인 영향을 미치는 충전재(packings)의 동결을 방지하기 위해, 연장 보닛형(extended bonnet-type) 밸브가 흔히 사용된다. 이러한 설계에서는 보닛 길이를 증가시켜 충전재가 유로(flow path)로부터 더 멀리 위치하도록 한다. 그러나 공간 제약으로 인해 연장 보닛 구조는 종종 협소한 공간에 설치하기에 부적합하다. 이 한계를 해결하기 위해 보닛 길이를 상당히 단축하고, 단축된 길이 내에서 요구되는 열전달 성능을 제공할 수 있는 열싱크(heat sink)를 통합한 소형(컴팩트) 타입 밸브를 개발하였다. 본 연구에서는 컴팩트형 극저온 니들 밸브에 대해 액체질소를 이용한 극저온 환경 시험과 열전달 해석을 수행하여 구성요소의 열적 거동을 평가하였다. 열싱크의 외경(outer diameter)과 두께(thickness)를 형상 설계 변수로 처리하여 매개변수 연구 및 크기 최적화를 수행했으며, 단축된 보닛에서 필요한 열전달 성능을 유지하면서 열싱크의 크기를 최소화하는 것을 목표로 하였다. 그 결과 최적화를 통해 열싱크 부피가 초기 설계 대비 약 54% 감소하였다. 이후 최적화된 열싱크가 장착된 시제품에 대해 BS6364에 따라 극저온 누설 시험을 수행하였고, 누설이 발생하지 않음을 확인하였다.

*본 초록은 AI를 통해 원문을 번역한 내용입니다. 정확한 내용은 하기 원문에서 확인해주세요.