한국전기연구원(원장 권영한) 산업전기연구단 임근희 박사팀이 유니버설 펄스파워(Universal Pulse Power) 기술 개발에 성공했다.
임 박사팀이 개발한 유니버설 펄스파워 기술은 수명이 반영구적이고 경량화 된 반도체를 적용했으며 고장 시 발생하는 대(大)전류를 순간적으로 차단 할 수 있는 기능과 펄스전압, 펄스폭, 주파수를 임의로 가변할 수 있는 다용도의 전원장치 기술이다.
특히 이 기술은 초고속 전원스위치, 경유자동차 및 석탄화력 발전소의 배출 가스처리, 고전압 인버터, 충격파를 이용한 물의 처리, 오존 발생기, 전자 가속기 전원, 플라즈마 반응기(PSII)용 전원 장치의 제작 등에 광범위하게 활용할 수 있다.
임 박사팀의 이번 기술 개발로 우리나라가 수입해서 사용하고 있는 플라즈마 임플란터 장비 등을 자체 생산할 수 있게 돼 연간 20억원 정도의 수입대체효과와 100억원 정도의 국내 매출도 기대되고 있다.
임 박사팀은 "이 연구를 통해 확보한 기술 가운데 10건을 국내 특허로, 1건을 해외 특허로 출원했고 이 가운데 1건이 이미 국내 특허로 등록되는 성과를 거두었으며 17건의 기술을 기업에 이전해 상용화를 지원하고 있다"고 밝혔다.
아울러 임 박사팀은 이 기간동안 SCI 논문지에 10편의 논문을 발표한 것을 비롯해 국내에 13편, 국제학회에 21편의 논문을 각각 발표했다.
한편 임박사팀은 지난 '99년 9월부터 금년 8월말까지
5년동안 과학기술부 국가지정연구실사업을 통해 △25kV 35kW급 고전압 캐패시터 충전용 전원장치 △반도체 스택 및 펄스 변압기를 이용한
60kV 펄스 발생 장콰반도체 스택을 이용한 120kV Marx 발생기 △대기오염물질처리 △금속 및 세라믹 나노 분말 제조 △플라즈마 이온주입
장치를 개발했다.
<용어해설>
유니버설 펄스파워(Universal Pulse Power): 펄스전압, 펄스전류, 펄스폭, 펄스 반복율
등을 넓은 범위에서 변화시킬 수 있는 전원 장치.
반도체 스택(Semiconductor Stack): 반도체 소자의 낮은 전압, 전류 정격의 단점을 극복하기 위해 반도체 소자를 직, 병렬 연결한 구성물.
펄스 변압기(Pulse Transformer): 낮은 입력 전압으로부터 높은 출력 전압(60kV)을 얻기 위해 사용한 변압기로 1차 측에서 만들어진 10kV 펄스를 승압을 통해 높은 출력 전압 60kV를 발생하게 함.
Marx 발생기(Marx Generator): 1924년 E. Marx가 개발한 고전압 발생장치로 병렬로 커패시터에 전압을 충전하였다가 충전된 커패시터를 고압 스위치(반도체 및 가스방전)를 이용하여 커패시터를 직렬로 연결하여 고전압을 발생시킴.
대기오염물질 처리(Polluted Gas Treatment): 화력발전소, 대규모 공장, 자동차 등에서 배출되는 대기오염물질, 특히 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)이나 분진 그을음 등을 제거하는 것으로 대표적인 방식으로는 전기집진방식이 있다. 전기집진기는 정전력을 이용하여 분진, MIST 등 입자들을 집진하는 장치로서 발전소, 시멘트 소성로, 제철 제강로, 소각로, 각종 보일러 등 다량의 분진이 배출되는 곳의 오염물질 제거에 효율적으로 사용된다. 펄스 스트리머 코로나를 이용하는 저온 플라즈마 탈황탈질 기술은 매우 짧은 양극의 직류 고전압 펄스에 의해 발생된 스트리머 코로나에서 배출된 전자가 산소, 수분, 질소등과 충돌하여 O, OH, N 라디칼을 형성하고 이 라디칼들이 유해가스와 결합하여 형성된 이온이 가스 속의 입자와 충돌하여 대전입자를 이루어 집진극으로 이동 후 (-) 전하를 잃고 낙하하거나 포집된다.
금속 및 세라믹 나노 분말 제조(Ceramic and Metal Nano-meter size Power Production): 직경 1mm 이하의 금속 와이어에 펄스 대전류를 흘려서 와이어를 순간적으로 증발시키고, 증발된 금속증기를 분위기가스를 제어하여 급속 냉각시켜서 입자의 성장시간을 짧게 하여 직경 0.1미크론 이하의 분말을 제조하는 기술이다. 이 방식은 와이어 가열시간이 극히 짧아서 열손실이 거의 없어 에너지 효율이 높으며, 화학약품을 사용하지 않으므로 환경에 유해한 물질을 배출하지 않는 장점이 있다.
플라즈마 이온주입(Plasma Source Ion Implantation (PSII)): 금속이나 고분자 물질의 표면에 질소나 탄소 등의 이온을 주입하여 표면 경도나 내마모도, 친수성/소수성 등의 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 이온의 주입을 위해 주입하고자 하는 이온으로 이루어진 플라즈마 속에 시편을 넣고 시편에 음의 고전압 펄스를 인가하면 양 이온이 시편쪽으로 수십 ~ 백 keV 이상의 펄스 전압에 해당하는 에너지로 가속되어 시편으로 주입된다. 플라즈마는 시편의 모든 면을 감싸고 있으므로 시편의 형태에 상관없이 시편의 모든 면에 동시에 이온주입이 일어나게 된다.
