In this paper, distributed JT effect heat exchanger for 2 K cryocooler is designed and experiment is conducted. Unlike general JT refrigerator which causes sudden pressure drop by using JT valve, distributed JT effect heat exchanger which consists of capillary tube makes continuous pressure drop. In this method, more heat can be delivered from high pressure part to low pressure part, and it results in improvement of the efficiency of the refrigerator. As it is very important to predict correlation of pressure drop and length and shape of capillary tube to be used for distributed JT effect heat exchanger, preliminary experiment is carried out. The experiment is conducted at high Reynolds number (20,000 ~ 35,000) which is needed to design heat exchanger for 2 K refrigerator. Finally, distributed JT effect heat exchanger not only is designed by using the pressure correlation data, but also fabricated for 2 K helium JT refrigerator. And, 2 K refrigerator experiment is carried out to verify the heat exchanger.
본 연구에서는 2 K 줄-톰슨 냉동기에 활용하기 위한 분배된 줄-톰슨 효과 열 교환기를 설계 및 검증 실험을 진행하였다. 줄-톰슨 밸브에서 필요한 모든 압력 강하를 일으키는 일반 줄-톰슨 냉동기와는 달리, 분배된 줄-톰슨 효과를 이용한 열 교환기는 열 교환기 고압부를 흐르는 유체가 모세관을 지나도록 하여 연속적인 압력강하를 만들어 낸다. 이러한 연속적인 압력 강하는 열 교환기에서 고압부 유체가 더 많은 열 교환을 일어나게 해줌으로써 냉동기의 효율을 개선시킬 수 있다. 분배된 줄-톰슨 효과 열 교환기 설계에서 압력 강하를 예측하는 것이 매우 중요하므로, 실제 2 K 냉동기에 적용되는 열 교환기에 사용하기 위해서, 20,000 ~ 35,000 범위의 높은 레이놀즈 수 범위에서 모세관의 길이 및 형상에 따른 압력 강하를 정량적으로 분석하는 실험을 진행하였다. 마지막으로, 2 K 냉동기에 사용될 분배된 줄-톰슨 효과 열 교환기를 설계 및 제작하였고 이를 실증하는 실험을 진행하였다.
