증발(蒸發)수냉식 출력 1KW Linear Amp. 만들기 (1부)

[HL3EA]

좌 우 2 장의 사진을 짜집기 하다보니 사진이꼴이 되었습니다.  재주가... 광각 렌즈로 사진을 찍어 주기로 한 전문가 가 펑크를 내는 바람에.... 에이.

짜집기하기 전 좌측 사진.  좌로부터 IC-7300 그리고 144용 TR-751A, 430 용 TR-851A 이고 Mic. 는 SM-30 입니다.

1. 시작하기.

"저 방에는 고양이 뿔만 빼놓고는 뭐든지 다 있을꺼야 ~ "  (xyl)

"아마 고양이 뿔도 잘 찾아보면 있을 거예요! hi hi hi"      (아들)

xyl  과 아들이 나를 놀리면서 내 방을 가리키며 하는 말입니다.

알수없는 고물 들을 수집해 놓은 내 방은 그들에게는 골칫거리입니다.

현역에서 느지막하게 은퇴하니 예전에 Rig 를 자작하던 버릇이 슬슬 되 살아 납니다.

세상이 변했는데도 나는 여전히 그렇습니다.

1966년 5월호 QST 에 Jack Quinn  /  W6MJG 가 쓴 "Stanley Steamer" 라는 2KW

PEP Linear Amplifier 제작 기사를 그 당시에 읽고 언젠가는 꼭 한번 따라 해보고

싶다는 생각을 했었는데 이제 때가 되었습니다.

바로 Vapor - Phase Cooling 방법을 쓴 리니어 앰프 만들기 입니다.

증발(蒸發)수냉식 이라는 말은 Vapor - Phase Cooling 을 우리말로 바꿔서 내가 지어

낸 말입니다. 내가 한자를 싫어해도 이럴 땐 어쩔 수 없군요.

예전에 QEX 에선가 아니면 지금은 폐간한 73 잡지에서인지 VHF 나 UHF 리니어 앰프

의 출력단 Plate 측을 Duct 로 만들어서 여기에 물을 채우고 진공관  4CX250B 나 4X150A 

를 거꾸로 담가서 쓰니 FB 하다는 기사를 읽은 기억이 있는데, 나처럼 "발칙한" 짓을

하는 쟁이 들이 또 있구나 하고 내 계획에 확신을 갖게 되었습니다.

리니어 앰프에는 당연히 붙어있는 냉각용 Fan 이나 Air Blower 소리를 나는 몹시

싫어 합니다.

그래서 수냉식, 그중에서도 Vapor - Phase Cooling 방법을 써서 전혀 소리가나지 않는

리니어 앰프를 만들어보기로 하였습니다.

이 방법은 1949년 프랑스의 Charles Beurtheret 라는 엔지니어가 처음 대 전력 진공관을

물에 담가 시도했다고 하며 일반 수냉식 보다 2 배, 그리고 공냉식의 3 배의 우수한

냉각성능을 가지고 있다고 합니다.

이 방법을 쓴 아마추어용 리니어 앰프도 있는데 1970년 에 발표된 ALPHA  PA 70V 가

있습니다.

사용한 진공관은 3CV1500A7 으로 Water Chamber 가 붙어있고 진공관 이름에 있는

"V" 는 Vapor 를 의미 합니다.

요즘에는 손바닥 크기의 반도체식 KW 급 리니어 앰프가 나오는 세상인데 나는 아직도

진공관이 손에 익어 반도체 보다 다루기 쉽고, 수집해놓은 관련부품들을 가지고 있으니

어쩔 수가 없습니다.

본래 이 냉각방식을 쓰려면 Water Chamber 가 붙어있는 전용 진공관 4CV1500B 정도

를 써야 하는데 우선 용감하게도 공냉식 진공관을 써보기로 했습니다.

만약 실패하면 그때 전용관을 사기로 하고 아주 오래전에 구해놓았던 JAN 4CX1000A /

8168 을 증류수에 "꺼꾸로" 잠가서 작동시켜보기로 했습니다.

만드는 시간과 노력 그리고 비용에서도 사는 것 보다 더 들었지만, 단지 만들어 쓰는 

재미로 이 "미련한 짓"(!) 을 했답니다.

따라할 사람이 있을 리 만무 하다고 생각되어 간략하게 소개합니다.

     

모든 연결 호스는 250 도 까지 견디는  투명 시리콘 재질로  내경 6mm 외경 8mm

입니다. 단 진공과에서  Condenser 로 가는 호스는 내경 16mm 외경 20mm 이고

Reservoir 는 밀폐가 되며 뚜껑이 있는  흔한 주방에서 쓰는 투명한 반찬통을 가공

했습니다.

물이 있는 수평면의 면적이 넓어야 작동과 물 보충 주기에 유리합니다.

Water Coil 은 진공관 Plate 의 고전압을 물 보충 시스템과 격리시키는 작용을 합니다.

절연이 되는 증류수를 사용하기 때문에 짧아도 되지만 안전을 위하여 길이 약 3 m 를

설치했습니다.

대 전력 산업용 고주파 설비에서는 공업용수를 그대로 진공과 Plate 표면에 통과 시키

고 높은 전압은 이 방식으로 격리합니다.

Valve 나 Tee 는 황동제품으로 시리콘 내경에 꼭 맞는 표준품을 썼고  아무런 화스너

가 필요 없이 호스를 틀어 끼면 시리콘 호스의 신축력이 우수하여 전현 물이 새지

않았습니다.

W6MJG 는 4CV1500B 를 쓸때 Condenser 의 크기는 42cm(W) x 30cm(D) x 5cm(H)

를 권장 하는데 설치할때 요령은 응축수가 Reservoir 로 잘 흘러내리도록 입력 측 보다

출력 측을 약간 아래로 기우려 고정하는 것입니다.

에어컨의 응축기, Condenser 와 기능이 같습니다.

현재는 알맞은 크기의 Condenser 를 아직 구하지 못해서 Condenser 없이 증기를

그대로 Shack 로 방출하고 있어서 "최고급 고주파 멸균가습기" 로 쓰고 있습니다.

올 겨울동안 감기는 걱정을 안 해도 되겠지요? hi hi hi

냉각용 증류수는 약국에서 파는 의료용 1000ml 이 같은 양의 생수 값보다 2 배정도

하는데, Reservoir 에 보충할 때는 자동차용 Washer Pump Motor 를 써서 전기적으

으로 해결 했습니다.

가끔 증발하여 없어지는 양 만큼 만 보충하면 되는데 소주잔으로 1~2개쯤 되는 양을

기준 Water Level 을 유지하도록 넣어 주면 되었습니다.

공냉식 진공관을 거꾸로 Water Chamber 안에 넣었기 때문에 냉각수가 끓을 때 

거품을 격리 시키는 Baffle 이 없어서 작동 수위를 좀 낮춰 잡았고,

진공관의 냉각 휜 들은 재질이 동인데 Plate 는 도금된 철 재질입니다.

그러나 아직까지는 녹이 스는 등의 별다른 이상은 없습니다.

Water Chamber 안의 납 성분은 물을 오염시켜서 결과적으로 직류 와 고주파전압의

누설을 일으키며, 황동성분으로 용접한 접합부위는 수증기에 손상되어 누수의 원인

이 된다고 합니다.

   

Heater 를 제외한 모든 직류전원이 Screen Grid 를 바로 접지하기 위하여 직렬로

연결되어 있는 별난 구조입니다.

Screen Grid 전원은 약 50 ma 정도만 필요하지만 Plate 전원과 직렬로 연결되어

있어서 1 A 정도는 필요하고 특히 전압안정도가 중요 합니다.

4극관 AB1 GG Amp. 는 민감한 Screen Grid 때문에 조정이 몹시 까다롭습니다.

특히 이 4CX1000A  /  8168 은 Screen Grid 전류가 때때로 "-" 로 흐르는 것은 참

이해할수 없고 말썽을 많이 일으켜서 나를 고생시켰습니다.

고주파 입력과 출력 측에는 Vacuum Relay 가 각각 하나씩 붙어있고, 출력측

Relay 가 먼저 동작한 다음에 입력 측 Relay 가 작동 하도록 되어 있습니다.

이것은 앰프가 작동준비가 되기 전에 입력이 들어오는 것을 방지하는 기능입니다.

IC-7300 에는 출력을 지연시키는 기능이 있어서 2중으로 안전 동작을 합니다.

2. 고주파 부 만들기.

완성된 Vapor - Phase Cooling 식 리니어 앰프의 앞 모습.

Plate 전류계의 단위가  ma 가 아니고 Ampere (!) 입니다.  최대 입력전류가 1 A

이기 때문에 Meter 가 1.5 A Scale 이고,

19 Inch Rack 에 장착된 이 리니어 앰프는 1950 년대(!) 스타일 입니다.

샤시 구조상 어쩔 수 없이 Band SW 가 Drive 와 Final 이렇게 2개로 분리되어있고

나에겐 낮선 WARC Band 는 현재로는 제외했습니다.

앞 Panel 은 알미늄 재질로 크기가 400mm(H), 9U x 483mm(W) 이고 전원부도

똑 같은 크,기 입니다.

Canada 의 Hammond 사 에서 구입하여 전문업체에 가공을 의뢰했고  샤시는 알미

늄 업체에서 몇 가지 두께의 판재를 가공하여 집에서 조립 했습니다.

앰프 와 전원부의 높이를 합하면 높이가 무려 800mm(!) 가 되어 Rack 에 장착

할 수 밖에 없습니다.

Rack 에 별도로 외장할 Condenser 의 높이가 133mm, 3U로 이것까지 합하면 전체

높이가 933mm 로 Rack 의 캐스터를 포함한 기본 높이 100mm 까지더하면 1 m 가

넘습니다.

주인이 체구는 자그마 한데, 주인이 주로 대형 산업용 이나 군용 장비들을 주무르던

"손버릇" 이 이런데 서도 엿 보입니다 ㅋ ㅋ ㅋ

Zero Signal 에서 - Bias 를 Plate 전류가 250 ma 가 되도록 조정하고 3.5 Mhz. 에서

CW 로 겨우 40 W 를 Drive 하니 Dummy Load 를 연결해서 약 1 KW 가 나왔습니다.

입력측은 꼭 동조회로를 밴드별로 넣어주는 것이 신호의 Distortion 개선에 좋으며 

입력측의 SWR 을 좋게 하는데도 유리 합니다.

요즘의 Tranceiver 들은 대개 Tuner 를 내장하고 있어서 리니어 앰프를 연결하기가

쉽습니다.

그러나 Screen Grid 전류가 몹시 신경이 쓰였습니다.

Spec. 상으로는 +35 ma 를 넘지 말아야 하는데 시험중 어느 조건에서는 이 값을 초과

하기도 하고 전류가 - 로 흐르기도 하는 등 몹시 민감하게 작동 했습니다.

전류계의 지침이 중앙에있는 100 ma 전류계로 +- 전류를 동시에 감시하며 Hold 기능

이 있는 Digital Panel Meter 로 전류 값을 함께 감시하고 있습니다.

 조정 중에 2500 W Element 가 꼽힌 Bird 43 이 3.5 Mhz. 에서 출력 약 1 KW 를 지시하는 모양.   

PEP 가 아니고 Key Down 입니다(!)

한때는 "Tokyo 10 W" 라는 말이 있었는데, 요즘에는 "California KW"  라는 말이 생겼답니다.

1~2  KW 정도가 아니라는데....Wow!

"Korean 100 W" 는 어떻습니까? hi hi hi ....요것도 "특허"!

언젠가 W/K Stn. 에게 나는 Bare Foot 라고 했더니 자기는 1.5 KW 라며 나를 놀리던데,

이제 나도 큼지막한 신발을 신었으니 이젠 Ant.

Eimac 의 Ceramic - Metal Tetrode JAN 4CX1000A  /  8168 신품의 모습.

군용이라 Spec. 상으로도 일반용이 최고 사용 주파수가 30 Mhz. 인데 이것은 110 Mhz 로

더 높고 좀 무리하게 사용해도 튼 튼 합니다.

4CX1000A 의 개량형이 4CX1500B 입니다.  공냉식으로 쓰면 Plate 최고 온도가 250 도 인데

보통은 200 도 정도로 동작시키지만  Vapor - Phase Cooling 방식은 100 도 근처에서 쓰기

때문에 규격보다 입력을 더 넣을 수도(?!) 있고 수명도 더 오래 갑니다.

Eimac 에서는 자기들이 발표한 규격 이외에 특별하게 사용할 경우 연락하라는데 내가 이렇게

공냉식 진공관을 "물속에 쳐 넣어" 쓰는것을 알면 소송을 걸어 올까요? ㅋ ㅋ ㅋ

(1회 글쓰기 용량 초과로 올라가지 않아서 몇번에 나누어 올립니다)

[HL3IB]

우선 글의 성격상 자유 게시판보다는 기타 장비 이야기에 있어야 할 것 같아서 방을 옮겼습니다.
황좌장님의 솜씨가 정말 대단합니다. 특히 케이스 설계와 제작에 일가견이 있군요.
스위치, 미터를 비롯하여 전체적으로 현대적이 아닌 50-60년대식 복고풍 스타일이 호감이 갑니다
일반인이 보면 테이블에 있는 IC-7300보다는 19인치 랙에 있는 장비들을 메인 무전기로 보겠습니다. ㅎㅎ
그리고 R-390 아래에 보이는 신발의 전원부도 신발과 같은 크키로 보기 좋습니다.
앞으로 내부 사진들도 공개해 주셨으면 눈이 즐겁겠습니다.ㅎㅎ

[HL3IB]

본 제품은 6개월간 테스트 검증 절차 마친후 주문 제작으로 돌입하셔도 되겠습니다.
소생이 주문 1번으로 안될까요? ㅎㅎ
근데 모델명이 너무 길군요. EA-1000쯤으로??

[HL3EA]

칭찬 해 주시니 기분이 썩 좋군요! ㅎ ㅎ ㅎ 고맙습니다.
그러지 않아도 아들녀석이 만드는 것을 보고는 "주문 받아 돈이나 버세요!" 랍니다. ㅋ ㅋ ㅋ 효자 낫네.....
이짓을 한번이나 하지 어떻게 또.....어이쿠!
그건 그렇고~
리니어의 앞 얼굴은 "멀쩡" 하지만 "뒷태" 는 영 아닌데...속 속 드리 까 발기 기에는 좀 hi hi hi

[HL3IB]

아드님 말이 맞습니다. 상품으로 내 놓아도 손색이 없습니다.
호랑이는 죽어서 가죽을 남기듯이 혹시 압니까?
훗날 HL제 COLLINS가 될지 말입니다.ㅎㅎ

[HL1IM]

우선 Om님께 경의를 보냅니다. 오랫된 것 같은데 오랫동안 잘 쓰십시요. 그 아래의 R390A와 함께 영원하여라. hi hi

[HL3EA]

고맙습니다.
추운 겨울에 제천에서 쉽게 잘 수신 되라고 내가 이렇게 "투자" 를 많이 했습니다 ㅋ ㅋ ㅋ

[HL1IM]

추운 겨울이라고 수신이 안되는 것은 아니니까요. 아주 잘들립니다.
투자는 잘 하셨읍니다. ㅎㅎㅎ

[HL2IR]

후앙 소리는 않나도 물끌는 소리가 뽀글 뽀글, 듣기 좋지요. 앰프가 뽀대 남니다.
눈도 즐겁게 해주는 명작품 앰프를 소개해주셔서 감사합니다.

[HL3EA]

칭찬 해 주셔서 고맙습니다.
보통때는 물 끓는 소리가 않나는데 좀 "수다" 를 길게 떨면 커피 포트에서 나는 소리가 "기분좋게"(?) 들립니다.
모닝 커피를 만들수도 있는데... 난 커피를 못 마시는 촌 사람이라 ㅋ ㅋ ㅋ

[HL1HG]

오~~~!!! 감탄 ! 감탄 ! 입니다. 참신한 발상과 실행 능력 ! 모두 다 귀감이 되는군요. 다른 아마추어들의 귀를 편안하게 해주기 위해 이렇게 많은 투자와 노력을 기울이시다니 존경스럽습니다. 튼실한 리니어 앰프 만큼이나 오래도록 건강 유지하시고 QSO도 즐기시기 바랍니다.

[HL3EA]

칭찬 해주시니 고맙습니다.
오래 간만에 여기서 만나니 반갑습니다. 온 에어 에서도 만나기를 기다립니다.
건강 하시기를.

[HL5LH]

멋진 리니어앰프 제작 기사에 감동 받았습니다. 노병은 살아있다라는 전설을 실감할 수 있습니다. 요즈음 같이 반도체를 사용한 콤펙트한 앰프보다 듬직한 부피와 성능으로 장식되고 있는 이런 앰프가 훨씬 믿음직하고 멋진 모습입니다.
후세에 님길만한 멋진 제작기사에 감사드립니다.

[HL3EA]

과분한 칭찬을 해 주시니 좀 쑥스럽습니다.
나와 아내는 요즘의 우리들의 매일 매일이 우리 생애에 황금기 라고 여깁니다.
언제 이런 여유를 만끽한적이 없었지요, 항상 바빠서.....
정 om 께서 평소에 좋은 신호 리포트를 보내 주셔서 감사하고 있습니다.
고맙습니다.

[HL3RP]

저도 오늘 아침에 일이 바빠서 못 보고 이제야 보면서...
다들 보고 감탄하시는 글까지 보았습니다
황 오엠님이 자작하신 리니어 냉각 장치에 대해서는 접해보지 않으신 분들은 많이 놀래셨을 것 같습니다
저는 아침에도 올타넷 교신 시에 현업 종사시에 TWT의 수생식 냉각방법을 간단하게 알렸습니다마는
눈으로 직시하지 않으면 이해가 쉽지 않으리라 생각 됩니다
자작 하시면서 여러가지 부딪히는 과정에서 고생한 만큼 조용하게 나오는 따뜻한 열교환기의 공기를 느끼면서
운용하실수 있음에 축하를 드립니다

[HL3EA]

축하 해주셔서 고맙습니다.
이 흔하지 않는 냉각방식을 직접 경험하시고 또 잘 이해 하시는 -3RP 님이 우리 OLTA 에서 유일할것 입니다.
동양철학에서 물에 대하여 말이 많이 나오는데, 이 우주에서 물은 새삼스럽지만 참 대단한 물질입니다.
평생 이 물만 연구하는 학자도 있고.
감사합니다.

[HL3ZA]

감탄할 수 있는 능력이 없음을 부끄러워합니다.
읽으면서 알아듣거나 눈치챌 수 없어서 그러합니다.
모두가 부러워하는 것을 보면서 아~! 명품이 탄생했구나 라고 짐작합니다.
이번의 장비명은 "연"자가 들어가는 것으로...ㅎㅎㅎ

평소의 부드러움 보다 ssb의 음성이 부드러웠던 것이 저런 고통을 겪는 과정에서 탄생하는군요.
저는 힘을 쓰기만하면 무얼 분지러뜨리거나, 부셔지지 않으면 칠공중에서 분비물이 쏟아져나올 뿐인데
용하게 힘을 잘 쓰셨습니다. 이 대목에서 스스로 존경하는 눈빛으로 변합니다.
저는 아는게 無라서 이름도 무웅이라 직접 보지 못하면 ㅁㅁ무웅이 될 것이 염려됩니다.
못보고 저승가면 억울 할 것. 끝.

[HL3EA]

아는 것이 "없음" 을 아는 것, 이것이 항상 또다른 출발, 즉 새것을 내 안에 넣는 행위 그리고 겸손 이지요.
그건 그렇고~ hi
내 Shack 사진을 올리면 "처들어 온다" 는 말이 쏙 들어 가려니 했는데 "재발" 하여 나를 "협박" 까지!
"우째 이런일이? " ㅋ ㅋ ㅋ
고맙습니다. 고운서재 훈장 니~임!

[HL1FO]

어이구 수신기가 가운데에 끼어 고주파에 몸살나겠습니다 ㅎㅎㅎㅎ

[HL3EA]

ㅎ ㅎ ㅎ 장화가 하도 무지 막지하게 커서 R-390A 가 왜소해 보입니다.
자리를 옮겨 줄까요? hi hi hi
고맙습니다. 장위동 이 om 님!