극저온은 일반적으로 천연가스가 액체로 변하는 근처의 온도인 120K(캘빈;1K는 섭씨 영하 273도)이하의 온도를 지칭한다. 하지만 공학적 응용측면에서는 고온초전도나 각종 저온센서를 쓰는데 필요한 온도인 4.2∼77K 사이를 말한다.
극저온 환경은 군수나 우주ㆍ항공ㆍ의료ㆍ에너지ㆍ수송 등 여러 분야에서 필요하다. 특히 초전도현상을 활용하는 MRI나 NMR과 같은 장비는 극저온 냉동기가 필수적이다.
반도체공정이나 통신산업분야에서도 필요하고, 기술이 발전하면서 점차 활용범위가 넓어지고 있다.
한국기계연구원 열공조기계그룹(그룹장 고득용)은 점차 늘어나는 극저온 냉동기 관련산업 수요에 맞춰 이 분야 연구에 주력하고 있다.
이 그룹은 지난 1988년 정부의 극한기술사업의 고진공 사업에 참여한 이래 약 15년동안 다양한 형태의 극저온 냉각기 개발을 추진해왔고, 이의 산업분야 응용을 위해 노력하고 있다.
극저온 분야에서는 국내연구실 중 독보적인 위치를 확보하고 있다고 자부한다.
77K에서 냉동능력이 42W인 기포드(Gifford)―맥마흔(McMahon) 방식의 극저온 냉동기를 개발했고, 이어 가동부가 없어서 수명이 길고 신뢰성이 높은 맥동관(Pluse tube cryocooler)에 대한 연구도 추진해 냉동기를 개발했다. 이 냉동기로 29K와 18K의 최저도달온도를 달성했다.
이 그룹의 연구방향은 크게 두 가지 즉, 액체질소 온도영역인 77K의 극저온 냉동기와 액체헬륨온도영역인 4.2K의 극저온 냉동기다. 또 소형화된 냉동기를 개발해 군수 및 진공ㆍ통신 분야에 다양하게 적용될 수 있도록 기반기술을 확보하는 것이다.
이 그룹은 최근 도달온도가 4.2K이고 냉동능력은 1W인 G―M 극저온 냉동기 개발을 추진해 현재 마무리단계에 있다. 이 냉동기는 초전도현상을 이용하는 MRI나 NMR의 장비에 헬륨 재응축용으로 쓸 수 있다.
과학기술부 민군겸용기술개발사업으로 이 그룹은 적외선센서 냉각용 스터링형 극저온 냉동기 시제품을 개발했다.
소형인 이 냉동기는 군작전용으로 쓰는 야간투시경에 들어가는 핵심부품이다.
박성재 박사는 "현재 1대당 1500만원이라는 고가에 전량 수입되고 주기적으로 교체해줘야하는 소모품 성격을 띠고 있기 때문에 성능만 만족하면 시장성은 충분하다"고 말했다.
이 그룹은 수입가의 70%수준에서 제품화가 가능할 것으로 보고있고 참여기업인 우영은 내년 중 상용화를 추진한다는 계획이다.
이 냉동기는 최저도달온도가 47K이고 0.9W의 냉동능력에서 77K의 극저온을 실현한다. 무게도 1.8㎏로 가볍다.
이 그룹은 또 이동통신 무선기지국 장비에 쓸 수 있는 초전도 필터 냉각용 스터링형 맥동관 극저온 냉동기도 개발했다. 현재 가혹실험을 통해 수명시험을 진행중이다.
일반 필터와 달리 초전도 필터는 대역폭을 넓게 쓸 수 있고 신호잡음이 적기 때문에 향후 이동통신용 무선기지국에 쓰일 것으로 예상되고 있다.
문제는 초전도 필터를 쓰려면 초전도현상이 일어날 수 있도록 온도를 낮추는 냉각기가 필요한데 이 그룹은 최저도달온도가 52K이고 5W의 냉동능력에서 77K의 극저온을 실현하는 냉동기를 개발했다. 아직 시장이 형성되지는 않은 상태지만 이미 몇몇 기업에서 초전도 필터를 개발하고 신뢰성과 내구성 있는 냉동기 개발을 기다리고 있어 이 분야도 가능성이 큰 것으로 평가되고 있다.
이 그룹은 또 휴대용이나 이동형 열영상 장비의 적외선 센서 냉각으로 쓸 수 있는 초소형 스터링 냉동기 개발도 추진하고 있는데 이 냉동기는 무게가 약 300g이다. 현재 초기연구를 진행해 오는 2006년 8월까지 시제품 개발을 마무리한다는 목표다.
이 그룹은 이밖에도 초전도케이블 냉각시스템과 초전도 플라이휠 에너지 저장장치 냉각기술개발에도 참여하고 있다.
고득용 그룹장은 "성능이 좋고 다양한 분야에 적용할 수 있는 극저온 냉각기를 개발하는데 주력하겠다"고 말했다.
극저온 환경은 군수나 우주ㆍ항공ㆍ의료ㆍ에너지ㆍ수송 등 여러 분야에서 필요하다. 특히 초전도현상을 활용하는 MRI나 NMR과 같은 장비는 극저온 냉동기가 필수적이다.
반도체공정이나 통신산업분야에서도 필요하고, 기술이 발전하면서 점차 활용범위가 넓어지고 있다.
한국기계연구원 열공조기계그룹(그룹장 고득용)은 점차 늘어나는 극저온 냉동기 관련산업 수요에 맞춰 이 분야 연구에 주력하고 있다.
이 그룹은 지난 1988년 정부의 극한기술사업의 고진공 사업에 참여한 이래 약 15년동안 다양한 형태의 극저온 냉각기 개발을 추진해왔고, 이의 산업분야 응용을 위해 노력하고 있다.
극저온 분야에서는 국내연구실 중 독보적인 위치를 확보하고 있다고 자부한다.
77K에서 냉동능력이 42W인 기포드(Gifford)―맥마흔(McMahon) 방식의 극저온 냉동기를 개발했고, 이어 가동부가 없어서 수명이 길고 신뢰성이 높은 맥동관(Pluse tube cryocooler)에 대한 연구도 추진해 냉동기를 개발했다. 이 냉동기로 29K와 18K의 최저도달온도를 달성했다.
이 그룹의 연구방향은 크게 두 가지 즉, 액체질소 온도영역인 77K의 극저온 냉동기와 액체헬륨온도영역인 4.2K의 극저온 냉동기다. 또 소형화된 냉동기를 개발해 군수 및 진공ㆍ통신 분야에 다양하게 적용될 수 있도록 기반기술을 확보하는 것이다.
이 그룹은 최근 도달온도가 4.2K이고 냉동능력은 1W인 G―M 극저온 냉동기 개발을 추진해 현재 마무리단계에 있다. 이 냉동기는 초전도현상을 이용하는 MRI나 NMR의 장비에 헬륨 재응축용으로 쓸 수 있다.
과학기술부 민군겸용기술개발사업으로 이 그룹은 적외선센서 냉각용 스터링형 극저온 냉동기 시제품을 개발했다.
소형인 이 냉동기는 군작전용으로 쓰는 야간투시경에 들어가는 핵심부품이다.
박성재 박사는 "현재 1대당 1500만원이라는 고가에 전량 수입되고 주기적으로 교체해줘야하는 소모품 성격을 띠고 있기 때문에 성능만 만족하면 시장성은 충분하다"고 말했다.
이 그룹은 수입가의 70%수준에서 제품화가 가능할 것으로 보고있고 참여기업인 우영은 내년 중 상용화를 추진한다는 계획이다.
이 냉동기는 최저도달온도가 47K이고 0.9W의 냉동능력에서 77K의 극저온을 실현한다. 무게도 1.8㎏로 가볍다.
이 그룹은 또 이동통신 무선기지국 장비에 쓸 수 있는 초전도 필터 냉각용 스터링형 맥동관 극저온 냉동기도 개발했다. 현재 가혹실험을 통해 수명시험을 진행중이다.
일반 필터와 달리 초전도 필터는 대역폭을 넓게 쓸 수 있고 신호잡음이 적기 때문에 향후 이동통신용 무선기지국에 쓰일 것으로 예상되고 있다.
문제는 초전도 필터를 쓰려면 초전도현상이 일어날 수 있도록 온도를 낮추는 냉각기가 필요한데 이 그룹은 최저도달온도가 52K이고 5W의 냉동능력에서 77K의 극저온을 실현하는 냉동기를 개발했다. 아직 시장이 형성되지는 않은 상태지만 이미 몇몇 기업에서 초전도 필터를 개발하고 신뢰성과 내구성 있는 냉동기 개발을 기다리고 있어 이 분야도 가능성이 큰 것으로 평가되고 있다.
이 그룹은 또 휴대용이나 이동형 열영상 장비의 적외선 센서 냉각으로 쓸 수 있는 초소형 스터링 냉동기 개발도 추진하고 있는데 이 냉동기는 무게가 약 300g이다. 현재 초기연구를 진행해 오는 2006년 8월까지 시제품 개발을 마무리한다는 목표다.
이 그룹은 이밖에도 초전도케이블 냉각시스템과 초전도 플라이휠 에너지 저장장치 냉각기술개발에도 참여하고 있다.
고득용 그룹장은 "성능이 좋고 다양한 분야에 적용할 수 있는 극저온 냉각기를 개발하는데 주력하겠다"고 말했다.
