• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제50권7호
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• pp.317-323
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• 2001

We investigated the stability of cryocooler-cooled high-temperature superconducting (HTS) coils by using a computer program based on FEM. In this study, the current at which "thermal runaway" occurs, which depends on the relationship between the cooling power of the cryocooler and the heat generation in HTS coils, was adopted as a stability criterion of cryocooler operating HTS coils. It was shown that cryocooler-cooled HTS coil was stable in operating current above the critical current from the numerical analysis results by HTS model coil. And also, if we efficiently remove the heat generation from HTS coils by potimizing heat drain, the ramp-rate limitation can be mitigated because the effect of AC loss by the current rise was too small. Furthermore, in the case of pulsed operation; the HTS model coil is ramped from zero to the peak value in one second and back to zero current in one second, such as the operation of SMES device, the peak value of poerating current is 1.5-2 times greater than that of the thermal runaway current.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.350-357
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• 2023

In this study, the experimental investigation and theoretical analysis were conducted to verify the cooling capacity of the cryocooler used for pre-cooling of hydrogen gas. The effect of the flow rate on a copper pipe attached to the bottom of the cryocooler, which has a coil shape in a hydrogen line, was investigated. Temperature sensors were strategically placed at various positions on the cryocooler to analyze the temperature variations with respect to the flow rate. In this study, the thermal properties of hydrogen for the pressure and temperature were utilized using REFPROP to analyze the cooling capacity of the cryocooler. Based on the experimental results derived from this study, the cooling capacity of the cryocooler for pre-cooling hydrogen gas was considered by calculating the cooling temperature according to the flow rate through theoretical analysis.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.227-227
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• 2012

Cryopump는 반도체 임플란타 공정, OLED분야, 신소재 개발, 표면분석 및 처리, 의료분야, 입자가속기, 핵융합 등 다양한 진공분야에 응용되는 고진공용 극저온펌프이다. 특히 향후로의 산업구조는 디스플레이, 반도체, IT 산업분야로 집중 재편될 것이기에, 이에 따른 핵심제조장비인 고진공 펌프의 수요가 급증할 것으로 판단된다. 그리고 이를 위한 핵심부품과 장비들의 국산화가 시급한 실정이다. 기술적인 측면에서 보자면 GVT는 미국의 Varian과 일본Ebara의 Cryopump 제조기술을 원천으로 한 회사로써 현재는 국내 유일의 G-M냉동기와 Cryopump 제조기술을 보유한 업체이다. 그리고 최근 오랫동안 정체되었던 관련 기술을 발전시켜 최적화된 한국형 G-M 냉동기 및 이를 장착한 다양한 사이즈의 고성능 Cryopump를 출시하게 되었다. 가장 큰 수확은 Cryopump의 성능을 크게 향상시켰으며 무엇보다 고객맞춤형으로 디자인할 수 있을 정도의 기술력을 확보하게 되었다는 점이다. Cryopump의 성능은 장착되는 Cryocooler(G-M냉동기)의 성능과 밀접한 관련이 있기 때문에 일차로 Cryocooler의 성능을 개선하고 이차로 이를 장착한 Cryopump의 성능을 개선하였다. 본 연구는 일차로 진행된 HP Series 2단 Cryocooler 4가지 모델 중 가장 범용인 HPM 모델과 HPS모델에 대한 제작과 성능시험에 관한 것이다. 이는 각각 기존의 ICP Series 펌프에 장착되던 Expander 535 모델 및 Expander 855 모델에 대한 설계 최적화의 결과물로써 내용은 Cryocooler에 대한 'Typical Performance Test(1st STG와 2nd STG의 온도가 각각의 Stage에 인가되는 Heat Load에 의해 그물망 형태의 그래프가 되도록 수행하는 시험법)'의 절차를 따라 수행되었다. HPM Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 80K를 Heat Load 기준으로 하였을 경우, 각각 8.2W, 55.0W의 성능을 나타내었고 HPS Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 72K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 14.0W, 90.0W의 성능을 나타내었다. 1st STG Temp.를 72K로 정한 이유는 Power Supply의 용량 한계로 인해 90W이상의 Heat Load를 인가할 수 없었기 때문이다. 만약 성능 그래프의 경향성을 고려하여 1st STG Temp. 80K로 가정한다면, 각각 약 13W, 100W 정도의 성능을 가질 것으로 추정된다. 단, 본 시험에 사용된 Compressor는 GVT의 HC80Plus 모델로 내부에는 Helium용 5HP급 Scroll Type의 Compressor가 장착되어 있으며, 봉입압력 250Psig에 저압 100Psig기준, 65scfm의 유량을 가지는 압축기이다. 압축기와 Cryocooler의 조합은 1:1이었고 시험방법은 Cryocooler에 대한 GVT 자체규정에 따라 진행되었으며 밤과 낮 및 공장전체의 부하변동에 따른 냉각수 온도변화에 따른 펌프의 성능변화는 고려되지 않았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.118-118
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• 2012

Cryopump는 반도체 임플란타 공정, OLED분야, 신소재 개발, 표면분석 및 처리, 의료분야, 입자가속기, 핵융합 등 다양한 진공분야에 응용되는 고진공용 극저온펌프이다. 특히 향후로의 산업구조는 디스플레이, 반도체, IT 산업분야로 집중 재편될 것이기에, 이에 따른 핵심제조장비인 고진공 펌프의 수요가 급증할 것으로 판단된다. 그리고 이를 위한 핵심부품과 장비들의 국산화가 시급한 실정이다. 기술적인 측면에서 보자면 GVT는 미국의 Varian과 일본Ebara의 Cryopump 제조기술을 원천으로 한 회사로써 현재는 국내 유일의 G-M 냉동기와 Cryopump 제조기술을 보유한 업체이다. 그리고 최근 오랫동안 정체되었던 관련 기술을 발전시켜 최적화된 한국형 G-M 냉동기 및 이를 장착한 다양한 사이즈의 고성능 Cryopump를 출시하게 되었다. 가장 큰 수확은 Cryopump의 성능을 크게 향상시켰으며 무엇보다 고객맞춤형으로 디자인할 수 있을 정도의 기술력을 확보하게 되었다는 점이다. Cryopump의 성능은 장착되는 Cryocooler (G-M냉동기)의 성능과 밀접한 관련이 있기 때문에 일차로 Cryocooler의 성능을 개선하고 이차로 이를 장착한 Cryopump의 성능을 개선하였다. 본 연구는 일차로 진행된 HP Series 2단 Cryocooler 4가지 모델 중 가장 범용인 HPM 모델과 HPS모델에 대한 제작과 성능시험에 관한 것이다. 이는 각각 기존의 ICP Series 펌프에 장착되던 Expander 535 모델 및 Expander 855 모델에 대한 설계 최적화의 결과물로써 내용은 Cryocooler에 대한 'Typical Performance Test(1st STG와 2nd STG의 온도가 각각의 Stage에 인가되는 Heat Load에 의해 그물망 형태의 그래프가 되도록 수행하는 시험법)'의 절차를 따라 수행되었다. HPM Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K와 1st STG Temp. 80K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 8.2W, 55.0W의 성능을 나타내었고 HPS Cryocooler의 성능은 2nd STG Temp. 20K 와 1st STG Temp. 72K를 Heat Load기준으로 하였을 경우, 각각 14.0W, 90.0W의 성능을 나타내었다. 1st STG Temp.를 72K로 정한 이유는 Power Supply의 용량 한계로 인해 90W이상의 Heat Load를 인가할 수 없었기 때문이다. 만약 성능 그래프의 경향성을 고려하여 1st STG Temp. 80K로 가정한다면, 각각 약 13W, 100W 정도의 성능을 가질 것으로 추정된다. 단, 본 시험에 사용된 Compressor는 GVT의 HC80Plus 모델로 내부에는 Helium용 5HP급 Scroll Type의 Compressor가 장착되어 있으며, 봉입압력 250Psig에 저압 100Psig기준, 65scfm의 유량을 가지는 압축기이다. 압축기와 Cryocooler의 조합은 1:1이었고 시험방법은 Cryocooler에 대한 GVT 자체규정에 따라 진행되었으며 밤과 낮 및 공장전체의 부하변동에 따른 냉각수 온도변화에 따른 펌프의 성능변화는 고려되지 않았다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.1953-1958
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• 2007

This paper presents the results of a series of performance tests for the integral Stirling cryocooler. Infrared sensor systems incorporating cryocoolers are required to be qualified to the appropriate environmental specification. Integral Stirling cryocooler for thermal imaging system have matured to the stage of undergoing formal qualification test program. The thermal environmental test of the Stirling cryocooler is presented in this paper. We performed that low and high temperature keeping test from $-40^{\circ}C$ to $+71^{\circ}C$ and operating test at high and low temperature cyclic range with acceptance tests performed at scheduled intervals. Cooldown time to 80K and steady state input power at 80K were determined as a function of cooler components temperatures at the compressor, hot end and cold tip. Tests performed on this cooler have been successful with a measured cooldown time to 80K of less than 5 minutes 24seconds for $71^{\circ}C$ ambient temperature with input power of 11W

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.24-32
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• 2015

Pulse tube-type spaceborne cryocooler is widely used to cool down the infrared sensor of observation satellites. However, such cryocooler also generates micro-vibration which is the one of main sources to seriously affect the image quality during its on-orbit operation. Therefore, to comply with the mission requirement of high resolution observation satellite, additional technical efforts have been required. In this study, we proposed a spaceborne cryocooler passive vibration isolator using SMA mesh washer, which guarantees the structural safety of both the micro-vibration disturbance source and itself under harsh launch vibration loads without an additional holding mechanism and the micro-vibration isolation performance on orbit environment. To verify the micro-vibration isolation performance of the proposed vibration isolator, we performed the micro-vibration isolation measurement test using the dedicated micro-vibration measurement device proposed in this study.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2194-2199
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• 2007

An experimental study is performed to investigate the thermal and flow characteristics of subcooled liquid nitrogen in a natural circulation loop. Experimental apparatus is designed and constructed such that a closed loop is cooled at the top by a cryocooler and heated nearly at the bottom by cartridge heaters. Steady state is obtained by controlling the heating power to the cartridge heaters and a thin-film heater to reduce the cooling power of the cryocooler. Temperature is measured at several locations of the loop and the mass flow rate through the loop is estimated from the energy balance in terms of the measured temperatures. Experiment is repeated for various values of the vertical height between the cooling and heating parts. The results show that the heat transfer capability of the loop has a maximum at a certain value of height. The optimal height to maximize the heat transfer is in a good agreement with analytical prediction to take into account the buoyancy and viscous forces in the loop.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2002년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.237-243
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• 2002

A centrifugal compressor of 50HP for reverse brayton cryocooler using neon as a coolent has been developed. It has relatively low total-to-total pressure ratio but mass flow rate is very small and the voting gas, neon, has greater specific heat ratio than air. It was essential to have very high rotational speed of 100,000 RPM. The efficiency of compressor has great effects on overall system and the COP of cryocooler. To meet the design requirement of the compressor efficiency and to minimized the required rotational speed, highly efficiency impeller having low specific speed was designed. To maintain the overall system efficient high, gas bearing of bump type and high speed permanent magnet synchronus motor was developed and adopted. In this paper, design and performance prediction results of the compressor impeller is presented.

• 한국초전도저온공학회:학술대회논문집
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• 한국초전도저온공학회 2001년도 학술대회 논문집
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• pp.149-152
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• 2001

The Linear compressor is widely used in Stirling cryocooler for cooling of infrared sensor. The performance of Stirling cryocooler was mainly depending on how much pressure difference can be generated by compressor. The gap between cylinder and piston should be minimized to get high pressure difference, but too small gap cause failure in the cryocooler. In this study, the leakage rate through gap was investigated by using CFD method and simple thermodynamic relation. The results show compression ratio is decreased and leakage rate increased according to increasing gap.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제3권2호
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• pp.62-68
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• 2001

This paper presents manufacturing process and test results in the optimum pressure and operating frequency for the free piston free displacer(FPFD) Stirling cryocooler designed and manufactured by Korea Institute of Machinery &Materials (KIMM). FPFD Stirling cryocooler is currently under development uses opposed linear motors to drive opposed pistons . The performance of FPFD Stirling cryocooler is evaluated as a function fo charging pressure and operating frequency. In general as the operating frequency of the compressor is increaed but natural frequency of the displacer is almost constant. The prototype has achieved no load temperature of 49K and cooling capacity of 0.5W at 7.2K.