• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.36-36
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• 2000

KSTAR 토카막은 보조가열 장치로 2005년까지 1대(최종적으로는 2대)의 중성입자빔 입사장치(NBI)를 설치하여 장치의 기본 설계값에 도달할 예정이다. KSTAR NBI는 3개의 이온원을 가지고 있으며 총 수소 유입량은 70 Torr.L/s인 반면 고속 중성 입자빔량은 모두 11 Torr.L/s로 기체 배기량은 59 Torr.L/s에 달하고 압력은 장소에 따라 10-5~10-6 Torr로 유지되며 총배기속도가 1~2$\times$106 L인 펌프가 필요하다. 이때 크라이오 펌프(cryopump) 방식이 거의 유일한 해결책이라고 할 수 있다. 크라이오 펌프는 고속 입자빔 수송로의 양편에 각각 설치되는데 총면적 30m2 내외의 극저온 냉각판(cryo-pnael)들과 이를 상온 열복사로부터 보호하기 위한 열차폐(thermal shield) 및 흡기구 배플(baffle), 그리고 적절한 냉각장치로 구성된다. 시운전 단계에서는 15K GM 냉동기와 활성탄이 부착된 냉각판을 사용하는 방식과 4K GM 냉동기로 냉각하는 방식이, 최종 운전단계에서는 3.7K 액체 헬륨을 사용하는 방식이 고려되고 있다. 크라이오 펌프의 구조설계에 앞서 우선 배기속도, 흡？량, 작동압력, 냉각판 온도, 열손실량 등 설계사양을 확정하고 정리하는 일이 진행되고 있다. 또 냉각방식과 상관없이 동일한 개념으로 만들어지는 배플과 열차폐의 최적설계를 위한 몬테카를로 계산과 열전도 계산을 병행하고 있다. 이 곳에서는 KSTAR NBI 장치의 주배기계로서 사용될 크라이오 펌프의 설계방향과 전반적인 구조 및 예상성능 등에 대해 발표하려고 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.333-333
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• 2010

크라이오 펌프는 크기에 비해 상대적으로 큰 배기속도를 가지고 있고 자체 기체 방출이 적어 비교적 쉽고 빠르게 도달압력을 낮출 수 있다. 또 초고진공 펌프로서 경쟁 상대인 터보분자 펌프보다 기체 돌입에 대한 기계적 사고 가능성이 낮다. 그러나 흡착 패널의 온도에 민감하게 반응하는 배기 성능 측면에서 볼 때 크라이오 펌프의 대유량 및 펄스 기체 부하에 대한 성능 유지 및 회복능력은 의문의 여지가 있다. 크라이오 펌프의 기체부하에 대한 공식적인 성능지표로는 최대배기량(max. throughput)과 교차(crossover)값이 있다. 전자는 연속적인 유량[$Pa{\cdot}m^3/s$]에 대해, 또 후자는 일정 기체량[$Pa{\cdot}m^3$]에 대해 흡착 패널이 20 K를 넘지 않는 가동범위를 구하는 것이다. 교차값은 넓은 의미에서 펄스 기체부하에 대한 성능으로 볼 수도 있지만 원래 목적은 진공용기를 저진공 상태에서 고진공 상태로 전환하는 시점을 정하려는 데 있다. 펌프회사에서 제공하는 사양에는 대부분 아르곤 회복시간(Ar recovery time)이라는 지표가 있는데 이는 아르곤을 상당한 유량으로 흘리다 멈췄을 때 얼마나 빨리 기저 상태로 회복되는가를 나타낸다. 보통 사양서에 제시하지는 않지만 주로 크라이오 펌프의 재생상태를 알아보기 위해 사용하는 걸프(gulp) 시험이 있는데 일정량의 기체를 펄스로 도입한 후 압력변화를 기록하여 재생후 배기성능 회복 능력을 보는 것이다. 이들은 겉보기에 서로 다르지만 한편으로는 서로 중복되거나 연관성을 가지고 있어서 실용적인 면에서 절차들을 비교, 검토 및 개선하고 때에 따라서는 적절히 결합할 수 있는 방안을 모색할 필요성이 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.411-415
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• 2008

This paper presents on design factor considered in an altitude test cell facility to determine the best sizing to optimize exhaust diffuser pressure recovery and the exact cooling load required to be supplied under transient operation. Engine simulation was performed to analyse the exhaust gas temperature, exit mass flow rate, specific fuel consumption and exhaust velocity helpful in determining secondary mass air flow and the mixed air temperature entering the ejector. based on this, the amount of cooling load was deduced. It was found that improved pressure recovery reduces operational cost(air supply facility, cooling water).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 1996.10a
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• pp.65-70
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• 1996

엔진소음을 소음특성에 따라 분류하면 공력소음(Aerodynamic Noise), 연소소음(Combustion Noise), 기계적인 소음(Mechanical Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise), 흡기계소음(Intake System Noise), 냉각계소음(Cooling System Noise), 엔진표면소음(Engine System Noise)등으로 분류할 수 있다. 이러한 여러소음중 엔진 내부의 유동에 의한 흡배기계통으로의 소음방출은 자동차 실 내외 소음의 중요한 문제로 대두되는데, 이를 줄이기 위해 그 동안 소음기 등의 서브시스템의 형태와 그 위치조정에 관한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 이것이 비용 또는 성능에 영향을 미치므로 본질적인 소음원을 규명해 내는 것이 필요하게 되었다. 흡배기계의 소음은 엔진의 흡입, 배기행 정시 피스톤의 운동에 의해 팽창 및 압축파 형태의 압력파(pressure wave)로 발생하게 되고, 밸브근방에서는 유동의 박리(separation)에 의해 발생하게 된다. 소음기 등의 서브시스템에서도 유동의 박리에 의해 발생하게 되며 특히 배기행정시 발생하는 압력파는 비선형영역에 있게된다. 흡기소음은 배기에 비해 그 크기가 작아서 그동안 등한시 되어왔으나 이것이 소비자의 불평요인으로 작용하므로써 이에 대한 연구도 활발히 수행되어야 한다. Bender, Bramer[1]는 흡배기계 소음의 외부 방사에 관하여 전반적으로 기술하였고 Sierens등[2]은 흡기계에서 1차원 MOC(Method of Characteristics)방법으로 비정상 유동해석을 하고 실험결과와 비교하였다. J.S.Lamancusa 등[3]은 흡기 소음원을 실험을 통해 예측하였고, 흡기소음도 비선형 거동을 보인다고 밝혔다. Yositaka Nishio 등[4]은 새로운 흡기실험장치를 고안하여 공명기(resonator)의 위치 변화에 의한 저소음 흡기계를 설계 초기단계에서부터 적용하려 하였다. 일반적으로 흡배기계의 복잡한 형상 때문에 대부분 실험을 통해 문제를 해결하려 하였고, 수치해석은 피스톤의 운동을 배제한 단순화한 흡배기계의 정상상태 유동해석이 주를 이루어왔다. Taghaui and Dupont 등[5]은 KIVA코드를 사용하여 흡기포트와 연소실 그리고 밸브의 움직임을 동시에 고려한 수치해석을 도입하였다. 하지만 이들이 밸브의 운동을 고려하기 위해 사용한 이동격자는 격자점은 시간에 따라 변화하지만 그 격자의 수가 일정하게 유지되어 있어서 밸브의 완전개폐를 해석할 수가 없다. 강희정[6]은 단일 실린더와 단일 배기밸브를 갖는 문제로 단순화하여 피스톤과 밸브의 움직임을 고려하므로써 배기행정 후 소음이 어떻게 전파해 나가는가를 연구하였다. 본 연구에서도 최소밸브간격과 최대밸브간격 사이에서만 계산이 가능하나 흡기의 경우는 밸브가 닫힐 때 생기는 압력파가 중요하므로 실린더와 밸브사이에 벽면조건을 주어 밸브의 개폐를 모사하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.1
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• pp.1-9
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• 2010

A dynamic flow system has been developed which can be used for vacuum gauge calibration by comparison method - a calibration method in which the reading of the gauge under calibration is compared to another calibrated vacuum gauge called the "secondary standard" - and other vacuum-related experiments. The chamber of the calibration system is pumped by a turbomolecular pump (TMP), backed by a scroll pump. As maximum acceptable pressure at the inlet of a TMP is 0.1 Pa, above which the TMP decelerates, the pumping speed decreases and it becomes more difficult to adjust pressure under such circumstances. In the present work, high pressures of up to 133 Pa have been generated in the chamber of the newly developed dynamic flow control system by installing a well-designed conductance-reducer in the by-pass line and, at the same time, operating the TMP in safe mode. In addition, the gas flow and pressure distribution within the chamber have been investigated for the entire pressure range (0.1 Pa ~ 133 Pa) while generating pressure dynamically. Maximum deviations in pressure (1.6 %) were observed at point C on the chamber, which is close to the gas inlet port on the top of the chamber.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.7
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• pp.609-615
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• 2015

In this study, the combustion and exhaust emission characteristics in a gasoline direct injection engine with variations of the bio-ethanol-gasoline blending ratio and the excess air factor were investigated. To investigate the effects of the excess air factor and the bio-ethanol blends with gasoline, combustion characteristics such as the in-cylinder combustion pressure, rate of heat release (ROHR), and the fuel consumption rate were analyzed. The reduction of exhaust emissions such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC), and nitrogen oxides ($NO_x$) were compared with those of gasoline fuel with various excess air factors. The results showed that the peak combustion pressure and ROHR of bio-ethanol blends were slightly higher and were increased as bio-ethanol blending ratio is increased. Brake specific fuel consumption increased for a higher bio-ethanol blending ratio. The exhaust emissions decreased as the bio-ethanol blending ratio increased under all experimental conditions. The exhaust emissions of bio-ethanol fuels were lower than those of gasoline.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.38 no.7
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• pp.806-813
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• 2014

The EGR system being reburned the part of the exhaust gas through intake system indicates more favorable emission characteristics to reduce NOx in a gasoline engine, but the case of inappropriate exhaust gas quantity induced from engine is fallen engine power caused by unstable combustion. In this study, we examined a method to predict EGR ratio according to various engine operation condition based by intake manifold pressure and confirmed such a prediction data through an experimental method. And after having constituted feedback EGR control algorithm in a base with such a prediction data, we acquired qualitatively similar results by having compared data provided through an EGR feedback control experiment with the data which calculated quantity of residual gas for the engine operation condition. Therefore, the applied algorithm and the system for feedback EGR control showed feasibility applied to real electronic control EGR technology.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.11 no.3
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• pp.167-176
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• 2003

This study is focused on the development of a new muffler. A control valve installed in the exhaust system is operated by torsion springs, and its open angle is controlled automatically corresponding to the engine operating conditions. A control valve and a control muffler sensing exhaust-gas pressure are made f3r developing a new muffler. The experiments were done using an exhaust system simulator having the same pulsation wave frequency and similar pulsation propagation characteristics of a real exhaust system. The purpose of this study is to develope a new muffler system which has improved noise reduction quality and less power loss than conventional mufflers and electronic-control mufflers. Finally the characteristic of noise compared with conventional muffler and muffler sensing exhuast-gas pressure.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.364-364
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• 2011

국내에서 크라이오펌프 개발이 한창 진행되고 있다. 냉동기는 GM 타입이 아니고, 맥동관 형식을 채택하여 기존 상용제품과 차별화 하고 있다. 목표성능은 질소기준 배기속도가 3,600 L/s이고 다른 성능들은 기존의 상용 펌프와 유사하며 내부 구조에 상관없이 외형적으로 비슷한 제원을 가지도록 개발되고 있다. 시제품의 성능을 국제규격에 맞추어서 평가하기 위해 성능평가 장치를 구성하고 시운전 중에 있다. 평가장치는 double dome과 single dome을 모두 갖추었으며 주 배기펌프는 측정 대상 크라이오펌프가 맡고, 보조 배기펌프는 양 시스템 모두 소형 TMP를 사용하고 있다. 크라이오 펌프를 10-10 mbar 대에서부터 성능을 측정하기 위해 평가장치는 10-11 mbar 대에서 운전하도록 목표가 살정되었다. 거의 크라이오 펌프만으로 이런 목표를 달성하기 위해 어던 과정을 거쳤는지 소개하고 이 장치를 사용하여 1,500 L/s 급, 8인치 상용 크라이오 펌프를 달아 배기속도를 측정한 결과와 제시된 값을 비교했다.