기계硏, 청정 '터보-브레이튼 냉각시스템' 개발…지구온난화 영향 '0'

'Zero GWP' 냉매 적용 대용량 터보-브레이튼 냉각기술 초석 마련
운전시험 성공…3년내 산업현장서 활용될 기술로 고도화 예정

[대전=뉴시스] 기계연구원 고준석 실장이 터보-브레이튼 냉각시스템 앞에서 해당 기계에 대해 설명하고 있다.(사진=기계연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국기계연구원은 고준석 에너지저장연구실장 연구팀이 Zero GWP 냉매(지구 온난화에 전혀 영향을 미치지 않는 냉매)를 이용한 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발하고 영하 100℃에서 10㎾ 이상의 냉각용량을 확인하는 운전시험에 성공했다고 20일 밝혔다.

GWP(지구온난화지수)는 냉매가 지구 온난화에 미치는 영향을 나타내는 지표로, Zero GWP 냉매는 지구 온난화에 전혀 영향을 미치지 않음을 의미한다.

터보-브레이튼 냉각시스템은 터보기계를 활용한 브레이튼 냉각시스템이다. 핵심부품인 원심압축기와 터보팽창기 등 터보기계를 이용해 기체를 압축하고 팽창시키는 과정을 반복해 냉각효과를 얻는다.

기계연은 자체 개발한 원심압축기와 터보팽창기를 이용해 산업계의 요구를 만족시킬 수 있는 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발했다.

터보-브레이튼 냉각기술은 초고속으로 회전하는 터보기계를 이용하는 냉각시스템으로 초전도 케이블 냉각, 극저온 유체 과냉각, LNG 재액화 등 제한된 영역에서 사용돼 왔다.

하지만 최근 반도체 제조공정과 바이오산업에서 대용량 초저온 냉각기술에 대한 요구가 급증하고 탄소중립과 냉매규제 강화로 인한 고효율 'Low GWP' 냉각기술 개발이 요구되고 있다.

기존 증기-압축 방식의 초저온 칠러는 높은 GWP의 냉매 혹은 폭발의 위험성이 높은 자연냉매를 이용하며 기자재의 제약 조건으로 대용량화도 쉽지 않고 냉매의 특성과 제한적인 제어방식으로 인한 운전온도 및 용량제어에 어려움을 겪어 왔다.

반면 이번에 개발한 터보-브레이튼 냉각시스템은 5.5~11㎾ 범위에서 자유롭게 용량제어가 가능하며 Low GWP를 넘어서는 Zero GWP 냉매를 사용해 최근 산업계의 요구인 '초저온, 대용량, 고효율'을 모두 만족할 수 있는 기술이다.

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

고준석 연구실장은 "Zero GWP 냉매를 활용해 영하 100℃의 초저온에서 10㎾ 이상의 대용량 냉각에 성공한 것은 산업계의 요구 사항을 충족한 첫 성과"라면서 "3년 이내에 산업용 칠러에 적합한 형태로 시스템을 개발해 반도체산업 등 다양한 산업 현장에서 사용할 수 있는 수준으로 발전시키겠다"고 말했다.

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