• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.119.1-119.1
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• 2016

크라이오 워터펌프(CWP)는 크라이오 펌프(CP)와 달리 10 K 활성탄 어레이는 장착하지 않고 100 K 정도로 냉각시킨 배플만을 사용하여 물의 배기속도를 최적화 하는 데 초점을 맞춘 진공펌프다. 용기 압력이 10-9 mbar 대가 될 때까지는 잔류기체의 90% 이상이 수분이므로 다른 기체들의 배기 보다는 물을 잘 배기하는 것이 배기시간을 단축하고 도달 진공도를 낮추는 첩경이라는 아이디어에 근거를 두고 있다. CWP는 물 흡착확률을 거의 1에 가깝게 만들어서 오리피스 컨덕턴스에 육박하는 이상적인 펌프를 제작할 수 있지만 용도상 직부형(close type), 통과형(in-line type) 및 내장형(in-vessel type) 등 세 가지 다른 형태에 따라 성능도 약간씩 다르다. CWP는 모든 기체에 반응하는 정통적인 CP에 비해 훨씬 간단하고 저렴하게 만들 수 있으면서도 진공 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있지만 물 이외의 기체들을 배기할 펌프가 필요하다는 측면에서 활용에 제약이 있다. 만일 TMP를 이미 사용하고 있거나 작은 TMP를 추가로 달아서 충분히 작동이 가능한 시스템이면서 수분 발생이 많은 곳이나, 또 활성탄의 오염이나 산소 분위기 등 CP 투입이 꺼려지는 환경이라면 CWP 사용이 좋은 선택이 될 수 있다. CWP의 물 배기용량은 CP의 알곤이나 질소 배기용량에 준하는 크기로 0.5g/cm2 이상임이 실험적으로 입증되었다. 따라서 일반적인 상황에서 정상 작동시 대부분의 기체는 TMP로 배출하고 잔류 수분만 포집하므로 CP처럼 주기적인 재생이 필요 없다. 필요하다면 CWP는 금속 표면에 응축된 물을 드라이펌프 작동만으로 쉽게 제거할 수 있고 혹시 오염 물질이 붙어도 세척이 용이하다. 이런 사용상 융통성과 여러 가지 장점에도 불구하고 그동안 물배기에 대한 인식이 미흡하고, 또 부수적이고 추가적인 비용이 드는 것으로 생각되어 주목을 받지 못했지만 디스플레이와 반도체 산업을 필두로 물 분압을 낮추고 생산수율을 높이는 것에 점점 더 관심이 높아지면서 CWP에 대한 수요도 높아지고 있다. 본 보고에서는 20인치 통과형 CWP를 만들고 14인치 TMP에 얹어 복합 진공배기시스템을 구성한 후 물 배기속도와 알곤, 질소 및 수소 배기속도를 측정하고 예측치와 비교했다. 아울러 물 배기용량 측정 및 CWP의 온도제어와 펌프재생 특성 평가 결과도 정리했다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권2호
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• pp.28-39
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• 2022

배기플룸 주위에 물을 분사할 경우 배기플룸에서 방출되는 장파장 적외선에 대한 특성을 알기 위하여 실험적인 방법으로 연구를 수행하였다. 배기플룸을 생성하기 위하여 마이크로 제트엔진을 사용하였으며, 배기노즐 주위에 8개의 물 분사노즐을 배치하였다. 물을 배기플룸과 평행하게 분사하여 배기플룸을 감싸거나, 또는 배기플룸 내에 물을 분사하는 두 가지 분사각도를 적용하였다. 장파장 적외선 신호 측정결과 물을 배기플룸과 평행하게 분사할 경우 물 분사유량에 따라 적외선 신호는 감소되었다. 배기플룸 내에 물을 분사할 경우, 적외선 신호는 배기플룸만 분사하는 경우보다 오히려 큰 값을 나타내는 것으로 측정되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.149.2-149.2
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• 2014

진공용기를 배기하기 시작하면 짧은 시간 동안은 공기의 배기가 주를 이루지만 그 후에는 표면 방출 기체의 배기가 이어지고 표면방출 기체의 대부분은 물이라는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 그러나 배기 계산을 할 때는 막상 물 보다는 공기의 일부로 생각하거나 수분을 다른 기체들과 유사하게 다루는 것에 익숙해져 있다. 이런 계산 결과는 실제 상황을 재현하지 못할 뿐만 아니라 일반적으로 배기능력을 과대평가하게 만들어서 공정 계획대로 진공 시스템을 운전하는 것을 불가능하게 만든다. 물은 일반적인 기체와는 성격이 아주 다르다. 다른 기 체 분자들의 흡착 에너지가 ~0.3 eV이고 기름분자가 ~1 eV 정도인 것에 반해 물은 0.55 eV 내외로 상온에서도 비교적 흡착을 잘하고 또 적당히 방출도 일어나는 특별한 특성 때문에 용기 압력을 지배하면서도 신속한 배기를 방해한다. 만일 이런 물의 흡착률 및 방출률을 제대로 수치화할 수 있다면 배기 계산을 훨씬 현실화할 수 있다. 물의 흡착률은 물분자의 부착계수가 지배하고 방출률은 체류시간에 의해 결정되지만 표면상태에 따라 천차만별이므로 얼마라고 확정하기 어렵다. 우선 이번에는 물의 부착계수 최대값을 0.1 정도로 잡고 흡착량에 따라 직선적으로 줄어드는 것으로 가정하며, 물의 표면 체류시간도 몇 가지 값으로 가정해서 0-D 입자 평형 계산을 수행하여 특정 시스템에서 얻은 실험 결과와 비교하려고 한다. 앞으로 몬테카를로 방법과 연계하여 3차원적 분석을 할 수 있는 코드로 발전시켜 나갈 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.109.2-109.2
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• 2016

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. 1차년도(2015년) 목표는 80K에서 200W급 단단 G-M극저온 냉동기를 개발하는 것이고, 2차년도(2016년) 목표는 이를 장착하여 30,000[L/s]의 물 배기속도 능력을 갖춘 32인치(800mm)급 직부형(appendage) CWP를 개발하는 것이다. 여기에서 가장 큰 문제점은 CWP 시스템의 물 배기속도를 실제로 측정하는 것이다. 왜냐하면 지금까지는 물(H2O)이 가진 독특한 물리적 특성으로 인해 배기속도 측정에 많은 어려움이 있어 이론적으로 계산한 값을 사용해 왔다. (심지어 크라이오 펌프 제조사 조차도 실험하지 않고 이론적인 계산 값을 일반적으로 사용한다.) 그러나 최근 본 과제 외에 물 배기속도 측정에 관한 요구사례와 일부 크라이오 펌프 제조사에서 수행하고 있다는 보고가 있는 바, 실제 물배기속도 시스템을 구축하여 이론과 실제 사이의 차이와 측정의 어려움 등에 관해 규명하고자 하였다. 물 배기속도 측정 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 첫째, 시스템으로 흘리는 물의 양을 Liquid MFC를 이용하여 먼저 측정한 후 Vaporizer로 보내어 기화 시키며 배기속도를 측정하는 방법. 둘째, 물을 Vaporizer로 먼저 기화시킨 후에 High Temp. MFM으로 기체 유량을 측정하며 배기속도를 측정하는 방법이 그것이다. 이에 국내 최초로 두 가지 방법 모두를 사용하여 표준화 된 물 배기속도 측정 설비를 구축하였고, 20인치(500mm) 크라이오 펌프와 인라인(inline)형 CWP 모델에 대한 물 배기속도 측정을 성공적으로 완료할 수 있었다. 향후 본 시험 방법과 결과를 토대로 32인치(800mm) 직부형 CWP 모델에 대한 물 배기속도 측정시험을 수행하고자 한다.

• 오토저널
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• 제10권6호
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• pp.7-12
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• 1988

최근 국내에서도 정부 각기관 및 자동차생산업체에 있어서 디젤기관의 배기물 엑제에 대한 기술적 검토가 자주 있었고, 많은 관계자들이 관심을 가지고 디젤기관의 배기물규칙에 주목하고 있는 실정이다. 이에 본 해설에서는 미국 SAE의 Automotive Engineering, 제96권 제9호(1988년 9월호)에 게재된 미국에 있어서의 1990년대 디젤기관의 배기물제어에 관한 추세 혹은 동향, 전망을 학회회원께 널리 전파하여 차후 국내에서의 디젤기관 배기물제어의 참고자료로 활용하거나 또는 미국에 대한 수출전략의 일면이 될 수 있기를 바라 그 전문을 번역하여 게재코자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.102.2-102.2
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• 2015

진공 시스템의 기저상태를 지배하는 것은 대부분의 경우 용기 내면에 수십 단원자 층 정도로 흡착되어 있는 물이다. 용기 압력이 10-9 mbar 대가 될 때까지는 잔류기체의 90% 이상이 수분이고 압력을 10분의 1로 떨어뜨리려면 10배의 시간이 더 필요하다는 소위 1/t 법칙은 광범위한 흡착에너지를 가지는 물분자의 표면방출 특성으로 잘 설명되어진다. 용기가열 등 적극적인 표면처리를 하지 않고 전형적인 압력변화 양상은 그대로 유지하면서 절대적인 시간을 줄이는 가장 직접적인 방법은 물 배기속도를 가능한 한 높이는 것이지만 대부분의 고진공 펌프들에서 물배기속도만 더 증가하도록 만드는 것은 쉽지 않다. 크라이오 워터펌프(CWP: cryo-water pump)는 바로 이런 고민을 제대로 해결할 수 있는 유일한 실용적인 방안이라고 말할 수 있다. 다른 기체분자들의 배기는 일단 염두에 두지 않고 물배기만을 열심히 해서 배기시간을 단축하고 도달 진공도를 낮추는 것을 목표로 하는 장치가 CWP이다. CWP는 모든 기체에 반응하는 정통적인 크라이오 펌프에 비해 훨씬 간단하고 저렴하게 만들 수 있으면서도 진공 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있지만 그동안은 물배기의 필요성에 대한 인식이 미흡하고, 또 부수적이고 추가적인 비용이 드는 것으로 생각되어 주목을 받지 못했지만 디스플레이와 반도체 산업을 필두로 물분압을 낮추고 생산수율을 높이는 것에 점점 더 관심이 높아지면서 CWP에 대한 수요도 높아지고 있다. CWP의 물배기는 아주 단순한 응축현상에 의존하므로 물리적으로 이해하고 성능을 예측하는 것이 직관적이지만 사용용도에 따라 물 이외의 기체분자들은 잘 통과시키면서 물배기는 최대화하는 최적설계가 요구되거나 터보분자펌프(TMP)와 같이 이질적인 고진공펌프와 조합하여 사용하는 경우 기체 온도 의존성을 고려해야 하는 등 까다로운 점이 있다. 본 보고에서는 CWP+TMP로 구성된 복합진공배기시스템을 설계하면서 CWP만의 물배기성능과 복합 시스템의 물 및 알곤 배기성능을 예측하고, 두 펌프의 상호관계에 대해 분석하며, 실제 만들어진 복합배기시스템을 사용하여 실험적으로 구한 물 및 알곤 배기속도 측정결과에 대해서도 간단하게 논의하려고 한다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제25권6호
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• pp.471-480
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• 2000

대체연료로서 바이오 연료의 디젤엔진에의 적합성을 파악하기 위하여 경유, 가온 미강유, 초음파 적용 가온 미강유, 미강유 메틸 에스테르, 폐식용유, 초음파 적용 폐식용유, 폐식용유 메틸 에스테를 14kW 예연소실식 디젤 엔진의 연료로 사용하여 그 성능과 배기배출물을 측정하였다. 시험에 사용한 바이오 연료들에 의해 엔진 분사 펌프의 조정이나 다른 부품의 개조를 하지 않고도 단기간 전부하 상태로 1,600~2,800 rpm 의 범위에서 엔진은 정상적으로작동하였다. 바이오 연료를 사용하였을 경우 전반적으로 엔진성능과 배기 배출물 특성에 있어서 경유를 사용하였을 경우와 비견할만 하였으며 특히 매우 낮은 농도의 $SO_2$와 매연을 배출하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권7호
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• pp.609-615
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• 2015

본 연구는 직접분사식 가솔린엔진에서 공기 과잉률 및 바이오에탄올-가솔린 혼합연료의 혼합비에 따른 연소특성과 배기배출물 특성을 실험적으로 규명한 것이다. 다양한 공기 과잉률 및 혼합비 조건에서 실험을 수행하였으며, 연소실 압력, 열발생률, 연료소비율 등을 통해 연소특성을 분석하였으며, 배기배출물 특성은 미연탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물($NO_x$) 분석을 통해 확인하였다. 혼합연료의 실험결과는 100% 가솔린 및 바이오에탄올 실험결과와 비교하였다. 실험결과 최고연소압력과 열발생률, 제동연료소비율은 혼합비의 증가에 따라 증가하였으며, CO, HC, $NO_x$와 같은 배기배출물은 바이오 에탄올 혼합비율이 증가함에 따라 감소하였다. 혼합연료의 배기배출물 수준은 가솔린 보다 낮게 나타났다.

• 진공이야기
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• 제2권2호
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• pp.49-58
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• 2015

진공 배기 시스템에 위험한 환경을 초래할 수 있는 모든 가능성을 찾아 낼 수는 없지만 누적된 현장 경험과 연구 결과에 맞추어 최대한 필요한 안전 조치들을 취해야 한다. 진공 배기 시스템이나 그 구성품들에 대한 심각한 파손을 유발하는 공통적인 요인들은 발화성 물질의 점화나 진공 배기 시스템의 배기구 막힘에 의해 발생한다. 따라서, 진공 펌프와 진공 시스템의 안전한 가동과 사용을 위해서는 다음과 같은 것들을 반드시 준수하여야 한다. ${\blacksquare}$ 발화성, 폭발성 공정 물질을 사용하는 진공 배기 시스템은 정규 유지 보수 작업(PM) 후 첫 번째 배기 과정은 매우 천천히 진행하여 진공 배기 시스템 내부에 급격한 난류가 형성되지 않도록 해 주어야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 배기 시스템 내에서 발화성 물질들의 농도가 발화 영역(flammable zone, potentially explosive atmosphere)에 들어가지 않도록 하여야 한다. 이를 위해서는 불활성 가스를 이용하여 진공 펌프와 진공 배기 시스템의 가동 예상 조건이나 고장 환경하에서 안전한 농도 이하로 희석시켜야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 펌프와 진공 배기 시스템에 장착되어 사용되는 밸브 등의 기계적 부품들이나 공정에 사용되는 물질과 공정 부산물들(by-products)로 인하여 배관, 필터 배기구 등이 막히지 않도록 하여야 한다. ${\blacksquare}$ 공정에 사용되는 물질들, 특히 산소($O_2$), 오존 ($O_3$) 등의 산화제 농도가 높을 때는 오일 회전 배인 진공 펌프(Oil rotary vane vacuum pump)에 미네랄(mineral) 오일을 사용하지 말아야 하며, PFPE(Perfluoropolyether) 오일을 사용하여야 한다. 시판되는 진공 펌프 오일 중 비발화성(non-flammable)으로 표기된 오일이라고 하더라도 산화제(oxidant)의 농도가 체적비로 30 % 넘는 공정 환경에는 사용하지 말아야 한다. ${\blacksquare}$ 진공 펌프와 진공 배기 시스템에 의해 배기되는 물질들이 물($H_2O$)과 격렬하게 반응하는 경우는 물이 아닌 다른 냉각제를 사용하여야 한다. ${\blacksquare}$ 안전하지 않다고 판단되는 상황에서는 해당 전문가의 조언이나 해당 전문가의 직접적인 현장 도움을 통해 문제를 해결하여야 한다.

• 오토저널
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• 제7권2호
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• pp.18-26
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• 1985

최근에 들어 환경보전에 대한 시민의식이 고조되고 깨끗한 자연 및 생활환경을 유지하려는 노력 이 각계에서 일고 있다. 이와 관련된 문제점의 하나가 대기오염이며 이 오염원 중의 하나가 자 동차 배기물로서 특히 탄화수소(hydrocarbon:HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NO$_{x}$)에 의 한 대기오염의 심각히 대두되어 왔으며 현재 환경청 등에 의해 국가적 차원에서 자동차 배기물에 대한 규젤ㄹ 강화하려는 움직임을 보이고 있다. 미국의 경우 연도별 배기규제기준을 살펴 보면 표.1 과 같으며, 국내에서도 88년까지 미국, 일본수준으로 신규제작차의 배출혀용기준을 강화할 계획으로 있다. 표1의 규제치르 보면 60년대의 비규제기간중의 배출량에 비해 탄화수소의 경우 96%, CO는 96%, NO$_{x}$는 76%의 감소를 보여주고 있으며 이 규제치는 5만mile을 규정된 방법으로 주행한 후 복잡한 사이클과정의 연방정부 시험절차 (Federal Test Procedure, FTP 또는 Constant Volume Sampling-Cold and Hot, CVS-CH)를 거쳐 만족하여야 한다. 상기의 규제치들을 만족시키기 위한 실용적 방법으로서 촉매전환기(catalytic converter)가 채택되고 있 으며 따라 본 해설에서는 자동차용 촉매전화기에 대한 자료들을 정리하여 특성, 문제점 등을 살펴 보고자 한다.