기계연, 대용량 초저온 터보-브레이튼 냉각시스템 개발

지구온난화에 영향 미치지 않는 냉매 적용

터보-브레이튼 냉각시스템. (기계연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 지구 온난화에 전혀 영향을 미치지 않는 냉매를 적용한 대용량 초저온 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발했다.

한국기계연구원(KIMM)은 고준석 에너지저장연구실장 연구팀이 Zero GWP(지구온난화지수) 냉매를 이용한 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발하고, 영하 100도에서 10㎾ 이상의 냉각용량을 확인하는 운전시험에 성공했다고 20일 밝혔다.

터보-브레이튼 냉각시스템으로 대용량 초저온 냉각기술 개발의 실 운전을 통한 입증은 국내 처음이다.

기계연은 자체 개발한 원심압축기와 터보팽창기를 이용해 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발했다.

터보-브레이튼 냉각기술은 수만~수십만 rpm의 고속으로 회전하는 터보기계를 이용하는 냉각시스템으로 초전도 케이블 냉각, 극저온 유체 과냉각, 액화천연가스(LNG) 재액화 등 제한된 영역에서 사용돼왔다.

최근 반도체 제조공정과 바이오산업에서 대용량 초저온 냉각기술에 대한 요구가 급증하고, 동시에 탄소 중립과 냉매 규제 강화로 인한 고효율 Low GWP 냉각기술 개발이 요구되고 있다.

또 기존 증기-압축 방식의 초저온 칠러는 높은 GWP의 냉매 혹은 폭발의 위험성이 높은 자연 냉매를 이용하며, 기자재의 제약 조건으로 인한 대용량화의 어려움, 냉매의 특성과 제한적인 제어방식으로 인한 운전 온도 및 용량 제어의 어려움이 있다.

이에 연구팀이 개발한 터보-브레이튼 냉각시스템은 5.5~11㎾ 범위에서 자유롭게 용량 제어가 가능하며, Low GWP를 넘어서는 Zero GWP 냉매를 사용해 최근 산업계의 요구 방향인 ‘초저온, 대용량, 고효율’을 모두 만족할 수 있는 기술이다.

연구팀은 전량 수입에 의존하던 핵심부품인 원심압축기와 터보팽창기를 자체 개발해 국산화한데 이어 국내에서 성공 사례가 없었던 터보-브레이튼 냉각시스템 실 운전 성능시험까지 성공함으로써 전주기 기술을 확보하게 됐다.

고준석 한국기계연구원 실장이 터보-브레이튼 냉각시스템에 대해 설명하고 있다. (기계연 제공)/뉴스1

고준석 기계연 연구실장은 “Zero GWP 냉매를 활용해 영하 100도의 초저온에서 10㎾ 이상의 대용량 냉각에 성공한 것은 산업계의 요구 사항을 충족한 성과”라며 “3년 이내에 산업용 칠러에 적합한 형태로 시스템을 개발해 반도체 산업 등 다양한 산업 현장에서 사용할 수 있는 수준으로 발전시키겠다”고 말했다.

이번 연구는 기계연 기본사업 ‘반도체 제조공정 초저온 냉각시스템 핵심기계 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.

memory4444444@news1.kr