온실가스 배출 '0' 대용량 초저온 냉각시스템 개발

반도체⋅바이오 산업 수요 기술 국산화 성공

지구온난화에 영향을 미치지 않는 냉매를 적용한 대용량 초저온 터보-브레이튼 냉각시스템 성능 시험이 국내 최초로 성공했다.

한국기계연구원(이하 기계연) 고준석 에너지저장연구실장 연구팀은 Zero GWP(지구온난화지수) 냉매를 이용한 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발하고, 영하 100℃에서 10㎾ 이상 냉각용량을 확인하는 운전시험에 성공했다고 20일 밝혔다.

터보-브레이튼 냉각시스템에 대해 설명하는 고준석 실장. 한국기계연구원

터보-브레이튼 냉각기술은 터보기를 수십만 rpm으로 고속 회전하며 기체의 압축과 팽창을 반복해 냉각시키는 시스템으로, 그동안 초전도 케이블 냉각, 극저온 유체 과냉각, LNG 재액화 등 제한된 영역에서 사용됐다.

그러나 최근 반도체 제조공정과 바이오산업 등에서 대용량 초저온 냉각기술 수요가 급증하고, 동시에 탄소중립과 냉매 규제 강화로 인한 고효율 Low GWP 냉각기술 개발이 요구되고 있다. 

특히 반도체 산업을 중심으로 영하 100℃ 이하, 냉각용량 10㎾ 이상 대용량 초저온 칠러(Chiller) 수요가 증가하는 추세다.

기계연은 자체 개발한 원심압축기와 터보팽창기를 이용, 터보-브레이튼 냉각시스템을 개발함으로써 이 같은 산업게 요구를 충족시킬 수 있게 됐다.

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

냉각성능시험 결과 그래프. 한국기계연구원

특히 연구팀은 전량 수입에 의존하던 핵심부품인 원심압축기와 터보팽창기를 자체 개발해 국산화하고, 국내 성공사례가 없던 터보-브레이튼 냉각시스템 운전성능 시험까지 성공하며 전 주기적 기술을 확보했다.

고 실장은 “이번 연구를 바탕으로 3년 이내에 산업용 칠러에 적합한 형태로 시스템을 개발,  반도체 등 다양한 산업현장에서 사용할 수 있는 수준으로 발전시키겠다”고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com