• 기계와재료
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• v.25 no.3
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• pp.106-119
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• 2013

초전도 전력기기는 초전도체를 극저온으로 냉각, 전기저항이 없는 초전도 고유의 현상을 이용하여 중전 전력기기의 열손실 저감, 소형화 및 신뢰성 향상을 가능케 하며, 최근에는 고온 초전도 재료의 기술 수준이 향상되어 초전도 응용 영역이 확대되고 있다. 초전도 케이블을 포함한 초전도 전력기기는 운전 조건인 극저온 환경($-150^{\circ}C$이하)를 조성하기 위해 극저온 냉동기 기술이 핵심적인 기술이다. 극저온 냉동기는 냉각 용량에 따라 소용량(수~수십 W), 중용량(수백 W~수 kW), 대용량(수십 kW 이상)으로 구분할 수 있으며, 초전도 전력기기용 냉각시스템은 주로 중용량 극저온 냉동기의 활용도가 매우 높다. 현재 상용화된 극저온 냉동기를 분석하면, 중용량 극저온 냉동기로는 스터링 극저온 냉동기가 가장 적합하다. 따라서 본 고에서는 중용량 스터링 극저온 냉동기 기술에 대한 개발 현황을 살펴보도록 한다.

• Current Industrial and Technological Trends in Aerospace
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• v.7 no.2
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• pp.48-58
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• 2009

Since 1960s, cryogenic cooling technologies has been adopted in the development of spacecraft with components that must be cooled to cryogenic temperatures of 2 to 150 K. In recent years this technology has been a substantial growth in the emerging number of programs that include such spacecraft to service scientific, military, and weather observation missions. The cooling of optics and detectors to reduce signal noise in infrared (IR) telescopes is the principal applications of cryogenic cooling technologies. The choice of cooling technologies depends on the desired temperature level, the amount of heat to be removed, and the required operating life. This paper will present the status of modern cryogenic cooling technologies especially for space application.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07b
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• pp.747-749
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• 2002

초전도 마그네트 시스템의 냉각방법 중, 액체 헬륨등의 극저온 유체를 이용한 액체냉각방식이 극저온 냉동기를 이용한 직접 전도냉각 방식에 비해 신뢰도가 높은 열적 안정성으로 인하여 현재도 많은 초전도 마그네트 시스템이 액체냉각방식을 이용하고 있다. 그러나, 고가의 극저온 액체의 재충전으로 인하여 경제성이 낮고 취급이 불편한 단점이 있다 이러한 액체냉각방식의 단점을 보완하고자 극저온 유체를 시스템 안에서 직접 응축하여 재충전을 하지 않는 재응축형 시스템을 개발하여 실험하였다. 실험에 사용한 초전도 마그네트 시스템은 상온보아 1270 mm. 최대자장 0.3 T로 설계되었고, 금속 전류도입선과 HTS 전류도입선을 복합적으로 사용하였으며, 복사차폐막 냉각용 극저온 냉동기와 헬륨 재응축용 극저온 냉동기를 사용하였다. 초전도 마그네트는 200 A에서 1600 gauss의 자장으로 운전하였고 극저온 용기에서는 0.05 bar의 압력으로 액체 헬륨이 증발하지 않고 유지되었다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• v.2 no.2
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• pp.299-305
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• 2016

The High Temperature Superconducting power cables (HTS power cables) become increasingly longer to commercialize the HTS power cable system. Accordingly, demands on refrigerators of large cooling capacity per a unit system have been increased. In Korea, it is currently imported from abroad with the high price due to insufficient domestic technologies. In order to commercialize the HTS power cables, it is necessary to develop the refrigerators with large cooling capacity. The Brayton refrigerators are composed of recuperative heat exchangers, compressors and cryogenic turbo expanders. The most directly considering the efficiency of the Brayton refrigerator, it depends on performance of the cryogenic turbo expander. Rotating at high speed in cryogenic temperature, the cryogenic turbo expanders lower temperature by expanding high pressure of a helium or neon gas. In this paper, the reverse Brayton cycle is designed and the cryogenic turbo expander is designed in accordance with the thermodynamic cycle.

• 기계와재료
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• v.22 no.3
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• pp.120-129
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• 2010

획기적으로 선명한 영상의 구현, 휴대 용이성 및 정확한 온도분포의 구현이 가능한 초점면 배열 방식의 적외선 검출기는 탐지도 및 분해능 향상을 위해 액체질소 온도수준의 극저온냉각을 요구한다. 냉동기의 저온부에 적외선 검출기를 직접 부착하는 일체형 스터링 극저온냉동기는 효율적인 적외선 검출기의 냉각이 가능할 뿐 만 아니라, 소형/경량화가 용이하여, 기동 및 휴대용 열상장비용 극저온냉각을 위해 많이 활용되고 있다. 적외선 검출기 냉각용 즉저온냉동기는 다양한 열/진동/충격/전자파 등의 운용환경조건에서 검출기를 액체질소 온도수준으로 냉각/유지할 수 있어야 하며, 안정적인 시스템의 운용을 위한 충분한 신뢰성이 확보되어야 한다. 본 고에서는 민군 겸용기술사업을 통해 국내에서 개발된 열상장비 냉각용 일체형 스터링냉동기의 기술적 특징 및 환경/신뢰성 시험 결과를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.86-86
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• 2011

첨단 공정이 필요한 반도체와 LCD, PDP, LED 등의 디스플레이 및 IT 부품을 제조하는데 필요한 장비의 고성능화와 작업환경의 고청정화에 따른 초고진공펌프의 수요 확대와 앞으로 전개될 한-미 FTA에 따른 시장 확대로 인해 크라이오펌프의 국산화가 시급한 실정이다. 고성능 크라이오펌프를 만들기 위해서는 냉각판을 극저온으로 냉각하기 위한 극저온 냉동기 개발도 중요하지만 냉각판(cryoarray)에 최대한 많은 분자를 포획시키는 것 또한 최우선적으로 고려되어야 할 사항 중 하나이다. 이에 본 논문은 크라이오펌프용 냉각판의 기체분자 포획능력에 대하여 연구하였다. 냉각판의 분자포획능력의 해석은 형상계수법(view factor method)을 이용해 수행하였다. 해석에 이용한 냉각판은 현재 상용화된 모델들 중 원형 중앙판에 45$^{\circ}$ 하향 skirt가 달린 형태이며 8장의 냉각판이 일정한 간격을 두고 아래쪽으로 적층되어있고 이를 기본 모델로 하여 skirt의 형상이 다른 3장의 냉각판을 가진 네 가지 모델을 해석하였다. 해석에 이용한 냉각판의 기체분자 포획능력이 구속된 형상에서 얼마나 우수한가를 알아보기 위해 크라이오펌프의 입구 직경과 냉각판 중앙 원판의 직경비, 냉각판 사이의 거리, 그리고 skirt의 길이를 변화시켜가며 극저온 냉각판에 직접 응축되는 typeII가스와 흡착제가 도포된 부분에 의해 흡착되는 typeIII가스로 분류하여 해석을 수행하고 그 결과를 비교, 분석하였다. 크라이오펌프의 입구 직경과 냉각판 중앙 원판의 직경비가 증가함에 따라 typeII가스와 typeIII가스 모두 기체분자 포획능력이 증가하며 극저온 냉각판 사이 거리의 변화에 따른 기체분자 포획능력은 typeII가스의 경우 극저온 냉각판 사이의 거리가 증가할수록 증가한다. 하지만 typeIII가스는 모델 A, C의 경우 증가하고 모델 B, D의 경우 증가하다가 다시 약간 감소한다. skirt 길이 변화에 따른 기체분자 포획능력은 두 가스 모두 skirt 길이가 증가함에 따라 점점 급격하게 증가하고 모델 B, D는 나머지 두 모델에 비해 큰 값을 갖는다. 기체분자 포획능력을 해석한 결과를 실제 배기속도와 비교할 경우 절대적 수치로써의 비교는 어려우나 각 모델의 형상의 차이에 의한 상대적인 비교는 가능하다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.19 no.11
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• pp.18-23
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• 2002

고품질의 극저온 환경의 생성 및 유지는 고품질 대용량 정보통신, 의료진단, 초전도 및 고집적반도체 제조공정 등의 차세대 유망 산업 분야에서 필수적인 요소로 자리 잡고 있으며, cryopump, 민수용 및 군수용의 적외선 검지기 및 초전도 RF 필터의 효과적 냉각을 위해 보다 높은 신뢰성과 수명, 고효율의 극저온 냉동기에 대한 수요는 점차 증대될 것으로 기대된다. 스터링 냉동기 및 맥동관 냉동기는 짧은 역사에도 불구하고, 다양한 분야에서 기존의 한제 및 극저온 냉동기를 대치하여 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.11-11
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• 2010

고도의 진공 환경을 요구하는 반도체 생산 라인에 적용되는 고진공 펌프는 주로 복합 분자펌프와 크라이오 펌프가 사용되고 있다. 이 중 크라이오 펌프는 극저온으로 냉각되는 냉각판에 기체 분자를 응축 또는 흡착시켜 기체를 제거하는 방식으로 복합 분자 펌프로 무게가 가볍고 증발 온도가 낮은 네온, 수소, 헬륨 기체 제거에 장점이 있다. 본 연구에서는 현재 상용화된 크라이오 펌프에 적용되는 GM 극저온 냉동기를 대체하기 위한 2단 GM형 맥동관 냉동기를 개발하여 기초 성능 시험을 수행하였다. 1단과 2단 모두 U-자형 형상으로 제작되었으며, 압력과 질량 유동 사이의 위상 조절을 위하여 오리피스 밸브와 이중 유입 밸브를 사용하였다. 개발된 맥동관 냉동기의 냉각 성능 목표는 1단(80 K)과 2단(20 K)에서 각각 45 W와 5 W이다. 기초 시험에서는 위상 조절용 밸브들의 개도와 작동 조건에 대한 냉각 특성과 부하 특성 시험을 수행하였다. 특히, 본 연구에서는 로터리 밸브 및 위상 조절 기구의 배치로 인해 고온부 형상이 복잡한 맥동관 냉동기를 크라이오 펌프로의 적용 편의성을 위하여 고온부 외형 구조를 단순화하였으며, 개발된 맥동관 냉동기와 기존에 크라이오 펌프에 적용되는 GM 극저온 냉동기를 비교, 고찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.93-93
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• 2012

반도체 생산 공정은 고청정 환경을 요구하며, 이를 위해 반도체 생산 장비에서 고진공 펌프는 핵심 장비이다. 크라이오 펌프는 극저온 냉동기에 의해 냉각되는 냉각판에서의 응축 또는 흡착에 의해 기체를 제거하여 고진공 환경을 조성하는 고진공 펌프의 일종이다. 특히, 기존의 상용화된 크라이오 펌프에 적용되어온 GM 극저온 냉동기에 비해 본 연구에서 개발하는 맥동관 냉동기는 저진동 및 고신뢰성의 장점을 갖기 때문에 반도체 생산 장비의 공정 정밀도 및 유지보수 주기 향상에 도움이 될 것으로 기대된다. 하지만, 맥동관 냉동기는 저온부에 움직이는 부분이 없어 많은 장점을 갖지만, GM 극저온 냉동기에 비해 성능이 낮은 단점이 있다. 때문에, 맥동관 냉동기 적용 크라이오 펌프가 기존의 상용 제품에 대해 경쟁력을 갖기 위해서는 맥동관 냉동기의 성능 향상이 요구된다. 본 연구에서는 형상 설계 및 작동 조건 최적화 등을 포함하여 크라이오 펌프용 GM 맥동관 냉동기의 성능 향상 방안에 대한 연구를 수행한다.

• Journal of IKEEE
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• v.28 no.2
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• pp.174-179
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• 2024

In this work, we introduce a complementary metal-oxide semiconductor(CMOS)-based integrated circuit(IC) measurement set-up for quantum computer control and read-out using a cryogenic refrigerator. CMOS circuits have to operate at extremely low temperatures of 3 to 5 K for qubit stability and noise reduction. The existing cryogenic measurement system is liquid helium quenching, which is expensive due to the long-term use of expendable resources. Therefore, we describe a cryogenic measurement system based on a closed cycle refrigerator (CCR) that is cost-free even when using helium gas for long periods of time. The refrigerator capable of reaching 4.7 K was built using a Gifford-Mcmahon(G-M) type cryocooler. This is expected to be a cryogenic refrigerator set-up with excellent price competitiveness.