• 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 Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.39 no.9
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• pp.890-894
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• 2015

Recently, research on high-efficiency refrigeration cycles that apply an ejector to basic cycles has progressed actively. The role of the ejector and the performance of refrigeration cycles are subordinate to ejector locations. In this study, the performance of three refrigeration cycles with different ejector locations is compared and analyzed. The results showed an increased COP in all cycles due to the application of the ejector, with the highest increase of 44% compared to a basic refrigeration cycle. The ejector refrigeration cycle proposed in this study presents the highest COP, 3.47. Moreover, the decrease in condensation capacity in Bergander's cycle, Xing's cycle, and our proposed ejector refrigeration cycle went up to 21%. In refrigeration cycles applying the ejector, the pressure ratio of the ejector, the vapor fraction of discharge, and compression ratio are important factors for COP enhancement. For this reason, detailed and accurate control of these is significant.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.15 no.2
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• pp.625-631
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• 2014

In order to obtain a low evaporation temperature ranging from $-30^{\circ}C{\sim}-50^{\circ}C$, a cascade refrigeration system and two-stage compression one-stage expansion refrigeration system is required. However, the research results of performance comparison of these refrigeration system are very scarce. This paper were compared the performance characteristics of R744-R404A cascade refrigeration system and R404A two-stage compression refrigeration system. The COP of R404A two-stage compression refrigeration system is about 36~57% greater than that of R744-R404A cascade refrigeration system in the range of evaporation temperature of $-30^{\circ}C{\sim}-50^{\circ}C$. But R404A two-stage compression refrigeration system is unstable because COP is significantly changed when evaporating temperature and compressor efficiency decreased. In particular, when compressor efficiency decreased, COP is significantly decreased. In this case, not efficient for long-term use. Whereas R744-R404A cascade refrigeration system using natural refrigerants. Therefore, it is environmentally friendly. And this system is high-efficiency refrigeration system. The reason it can be configured by selecting the suitable refrigerant at high-temperature side and low-temperature side. From the above results, select the appropriate low temperature refrigeration system by considering the environmental and performance aspects.

• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.30 no.6
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• pp.49-54
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• 2001

1990년대 중반부터 후반에 결쳐 미국의 Astronautics사와 Ames연구소에 의한 공동연구결과는 자기냉동이 실현 가능한기술이며 가스액화,음식 냉동 및 저장, 대규모 건물 공조 등에 있어서 기존의 증기압축냉동에 필적할 만하다는 것을 밝혔다. 더 최근의 연구와 개발 노력은 자기장 원(source)으로 $Nd_2Fe_{14}B$ 영구자석배열을 이용한 회전식 자기냉동기가 가정용 공조기나 냉동/냉장고에 사용될 수 있음을 나타내고있다. Gd 금속구를 사용한 2단 자기 냉동/냉장고의 예비설계는 냉동실 온도가 $-12^{\circ}C(10^{\circ}F)$, 냉동실 온도가 $-1^{\circ}C(30^{\circ}F)$에서 전체 성능계수 3 그리고 냉각능력 120W를 얻을 수 있음을 제시한다. 자기장 원으로서 개선된 영구자석 배열을 이용한다면 카르노 효율의 60%와 성능계수 4.5에 이를 수 있을 것으로 보여진다. 그리고 자기냉동은 오존층 파괴물질 (CFC's)이나 온설가스(HCFC's와 HFC's)를 사용하지 않기 때문에 깨끗한 환경을 만드는데 기여한다. 동시에 상용 Gd으로부터 거대한 자기열량효과를 가진 재료인 $Gd_5(Si_2Ge_2)$를 kg 단위로 생산할 수 있는 정도로 연구가 진전되었다. 이 신재료를 저렴한 가격에 얻을 수 있게 됨으로써 Gd 금속을 자기냉매로 사용하도록 설계 되었던 공조기나 냉동/냉장고의 효율이 더 좋아질 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.248-248
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• 2013

저소음, 저진동이 장점인 맥동관형 냉동기 및 이를 이용한 크라이오 펌프를 국산화하는 연구개발사업이 상당히 진전되어 첫 번째 시제품을 완성했다. 3개월 여에 걸쳐 냉동기 냉동능력, 진동 및 펌프 냉각시간을 포함해서 질소, 수소 또는 알고에 대한 펌프 배기속도, 배기용량, 최대유량, 교차값, 알곤회복시간 등 규격, 비규격을 통틀어 모든 평가항목을 망라하는 펌프 배기 성능시험을 완료했다. 성능평가결과에 나타난 시제품의 장단점을 분석하여 보완 및 개선점을 찾고 이를 완제품 제작에 반영하려고 한다. 내경 14인치인 크라이오 펌프 시제품의 질소 배기속도는 목표치를 30% 정도 상화하여 4,600 L/s가 나왔고 배기용량은 약 45만 $mbar{\cdot}L$에 달했으며 교차값은 2,200 $mbar{\cdot}L$로 측정되었다. $5{\times}10^{-8}$ mbar 기준 알곤 회복시간은 2분 정도로 5분 이내라는 기준을 만족했다. 한편 20 K까지 펌프 냉각시간이 135분이므로 15분 이상 단축이 필요한데 이는 열차폐 특히 배플의 열적설계를 개선함으로써해결하려고 한다. 그리고 수소에 대한 배기성능 개선을 위해 활성탄 어레이의 제작공정을 표준화할 필요가 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.16 no.11
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• pp.2196-2202
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• 1992

The optimum size combination of heat exchangers in a Joule-Thomson(J-T) circuit for small cryogenic systems has been sought analytically, when the circuit is combined with a two-stage Gifford-McMahon(GM) cooler. Full thermodynamic cycle analysis was carried out to predict the performance of the combined refrigeration system. Relevant convective heat transfer coefficients, the computerized properties of helium, and the refrigeration capacity curve of a typical GM cooler have been used in the analysis. The result showed that, by changing the configuration(heat exchanger area ratio) of the system, the performance of the commonly-used GM/J-T refrigerators could be optimized. For the maximum refrigeration performance, the optimum mass flow rate of the refrigerant and the relative size between the heat exchangers have been obtained, when the cooling load was 0.1W at 3.995K with the total heat exchanger area being given.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.14 no.4
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• pp.1548-1554
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• 2013

This paper presents the analysis on performance characteristics of R744-R410A cascade refrigeration system to offer the basic design data for the operating parameters of this system. The performance of cascade refrigeration system is analyzed by using EES program. The operating parameters include compressor efficiency, and condensing and evaporating temperature in R410A high- and R744 low-temperature cycle, respectively. The COP of this system increases with the decrease of condensing temperature, and increases with the increasing evaporating temperature. And the COP of this system increases with the compression efficiency. Therefore, it can be seen that the compression efficiency, and evaporating and condensing temperature of R744-R410A cascade refrigeration system have an effect on the COP of this system. Also, it can be known that the cascade evaporation temperature with the highest efficiency in each parameter is present. Thus, it is an important to design R744-R410A cascade refrigeration system by considering these parameters.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.10 no.9
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• pp.2195-2201
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• 2009

This paper considers the influence of suction-line heat exchangers on the efficiency of a refrigeration cycle using hydrocarbon refrigerants such as R290, R600a and R1270. These suction-line heat exchangers can, in some cases, yield improved system performance while in other cases they degrade system performance. A steady state mathematical model is used to analyze the performance characteristics of refrigeration cycle with suction-line heat exchanger. The influence of operating conditions, such as the mass flowrate of hydrocarbon refrigerants, inner diameter tube and length of suction-line heat exchanger, to the performance of the cycle is also analyzed in the paper. Results showed that the mass flowrate of hydrocarbon refrigerants, inner diameter tube and length of suction-line heat exchanger, and effectiveness have an effect on the cooling capacity, compressor work and RCI(Relative Capacity Index) of this system. With a thorough grasp of these effect, it is necessary to design the compression refrigeration cycle of hydrocarbon refrigerants using suction-line heat exchanger.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.226-226
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• 2012

국산 크라이오 펌프를 개발하는 사업이 1단계 3년을 지나 올해 2단계에 접어들었다. 그동안 기계연을 중심으로 맥동관형 냉동기 개발에 주력하면서 저온성능 향상에서 큰 진전을 보였고 2단계에서는 우성진공의 주도하에 펌프의 상용화를 목표로 하고 있다. 펌프는 냉동기 뿐만 아니라 활성탄 어레이와 열차폐 및 배플이 잘 설계되어야 최적의 배기성능을 나타낼 수 있다. 우선은 펌프의 목표성능을 좀 더 구체화할 필요가 있고, 각 부품들의 상세한 형상결정에 앞서 개략적인 배치설계에 대해 성능을 예측하여 목표성능과 비교하고 설계를 수정하는 것을 반복하여 전반적으로 구조설계의 최적화를 완성하는 것이 급선무이다. 본 발표에서는 이런 구조설계 최적화 작업의 처음 결과와 개발중인 크라이오 펌프의 최종 성능 목표치에 대해 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.109.1-109.1
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• 2016

진공산업 분야에서 OLED 디스플레이가 큰 시장으로 성장하며 크라이오 펌프가운데서 특별히 수분만 집중적으로 배기할 수 있는 워터펌프(CWP or cold trap)가 각광받고 있다. 이에 현민지브이티(Genesis)는 중소기업청 중소기업개발지원사업의 일환으로 진행된 2014년도 구매조건부 신제품 개발사업에 선정되어 '극저온 G-M냉동기를 이용한 대용량 Cold Trap개발'과제를 수행하면서 32인치 급으로 수분에 대해서 30,000[L/s] 이상의 배기속도를 가지는 대형 CWP를 개발하고 있다. 그 일환으로 본 CWP에 장착할 80K에서 200W급 단단 G-M 냉동기를 2015년 국내 최초로 개발하였다. 본 HPS80200(200W @80K) 단단 G-M냉동기에 대한 성능시험을 수행하던 중 기존 평가방식에 보완할 부분이 있음을 확인하였다. 통상적으로 G-M냉동기의 냉동능력은 저온 스테이지 상단에 온도센서와 히터가 설치된 히터 블럭을 장착한 후 일정한 열부하를 인가하면서 77K 또는 80K에서의 냉동능력을 측정한다. 문제는 여기에 설치하는 온도센서의 장착 위치의 중요성이다. 즉, 어느 부위의 온도를 냉동기의 대표 온도로 정하느냐에 따라 냉동기의 성능 값에 큰 차이를 나타내기 때문이다. 실제 확인 결과, 온도는 히터블럭 내의 위치뿐 아니라 저온 스테이지 부위별로도 크게 차이를 보였다. 따라서 본 연구에서는 보다 합리적이고 정확한 냉동 능력 측정을 위해 77K 에서 냉동기의 질소 액화 능력으로 냉동능력을 평가하고자 하였다. 이를 통해 개발된 HPS80200냉동기의 보다 정확한 냉동능력(77K에서 200W 이상임을 확인함)을 측정할 수 있었고 냉동기의 저온 스테이지에서 대표온도로 설정할 수 있는 위치도 확인할 수 있었다.