청정진공실현 극저온펌프 개발/기계연구원 최헌오박사팀,3년만에 성공

◎질소·산소입자 얼려 고진공 상태로/반도체생산·핵융합연구에 필수적/연5백억원 수입대체효과… 프레온가스대용에도 응용

절대온도 14도K(섭씨 영하 259도)의 극저온에서 공기 입자를 응축시켜 우주공간의 진공상태를 인공적으로 실현하는 첨단산업장비인 극저온 고진공펌프(크라이오펌프)가 국내기술로 개발됐다.

한국기계연구원 공조기기실장 최헌오박사팀은 17일 1억9천만원의 연구비를 투입,일부 선진국에서만 독점 생산하고 있는 첨단산업장비 지포드 맥마혼(GM) 극저온냉동기및 이를 이용한 고진공펌프를 3년간의 연구끝에 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

우주공간의 압력영역에 속하는 10□ TORR(TORR는 공기압을 나타내는 단위로 보통 대기압이 760TORR정도 된다)급의 고진공환경은 잔류가스의 산란이 없고 청정표면을 유지하며 유해한 불순물이 발생하지않아 청정진공을 실현시킬수 있다는 독특한 특성이 있다.이때문에 10□ TORR급의 고진공환경은 반도체및 신소재 개발,입자가속기,핵융합 연구및 우주개발등 고진공상태를 요구하는 첨단과학분야와 최근 발전하고 있는 표면공학연구등에서 필수적으로 요구돼 고진공 발생장치의 수요도 점차 증가하고 있는 실정이다.

고진공상태를 발생시키는 장치는 극저온고진공펌프,터보식 펌프,이온펌프등 크게 3종류가 있으나 최박사팀은 대용량의 고진공공간을 만들수 있고 안전성이 뛰어나 산업현장에서 주로 사용되고 있는 극저온 고진공펌프를 개발과제로 채택했다.

극저온 고진공펌프의 원리는 주어진 공간을 극저온 상태로 만들어 공기속의 질소와 산소입자를 얼려버림으로써 공기가 희박한 고진공 공간을 만들어내는것이다.따라서 고진공펌프 제작의 핵심기술은 극저온 발생기술이라 할수 있다.

최박사팀은 진공공간 왕복기 실린더 축냉기 구동장치 밸브장치 진공장치 압축기등으로 구성된 GM냉동기를 직접 설계 제작,주어진 공간을 절대온도 14도K까지 떨어뜨리는 극저온기술을 확보하는데 성공했다.

헬륨가스를 압축 팽창시켜 극저온가스를 만든후 극저온가스가 재생기를 지나면서 주위의 열을 흡수해 극저온상태를 발생시키는 극저온기술은 미국 유럽등 선진국에서는 이미 14도K의 극저온까지 물리적으로 실현시키고 있는 상태.극저온기술은 특히 4.2도K에 이르면 헬륨가스를 액화시켜 초전도현상을 일으키는데 선진국들에서는 이 액체헬륨을 이용한 초전도체 자기부상열차 핵자기공명장치(MRI)등의 연구개발도 활발하게 이뤄지고 있다.

최박사는 『이번에 개발한 GM 냉동기는 약 68분만에 최저 13·5도K의 극저온에 도달하는 우수한 냉동능력을 보여줬다』고 밝히고 『이를 이용한 고진공펌프는 중소기업인 신영하이텍에 기술을 이전,93년부터 양산체제에 들어가게 된다』고 말했다.

내년도에 제품화될 고진공 펌프기는 진공공간과 펌프를 연결하는 파이프 구경이 8인치에 달하는 상용펌프기로 첨단산업인 반도체생산 공정등에 이용된다.최박사는 『이번 고진공펌프기의 국산화기술 개발로 95년을 기준할때 연간 약 5백억원의 수입대체효과가 예상된다』고 밝히고 『앞으로는 헬륨액화기는 물론 극저온기술을 이용한 프레온가스대체 냉동기개발등 극저온기술의 다양한 응용분야 연구를 본격화할 계획』이라고 밝혔다.<신연숙기자>