▲에너지기술연구원이 개발한 공기를 냉매로 쓰는 냉각 시스템인 컴팬더의 모습. 에너지기술연구원
한국에너지기술연구원은 기존 온실가스 대신 공기를 냉매로 이용한 냉동 기술을 국내 최초로 개발했다고 22일 밝혔다.
지난 3월 발효된 유럽연합(EU)의 '불화온실가스'(F-gas) 규제 개정안에 따라 내년부터 불화온실가스를 포함한 제품은 단계적으로 판매가 중지된다.
불화온실가스는 에어컨 냉매를 비롯해 자동차와 반도체 공정 등에 쓰이는 불소 성분이 들어간 온실가스를 말한다.
수소불화탄소(HFC)가 대표적인데, 오존층 파괴 물질로 생산이 금지된 프레온(CFC·염화불화탄소(HCFC) 대체물질로 사용돼 왔지만, 여전히 온실가스 효과가 커 대체 기술이 요구되고 있다.
연구팀은 공기를 냉매로 활용해 영하 60도의 환경을 만들 수 있는 공기 냉각 시스템을 개발했다.
기존 증기 압축식 사이클 방식 냉동·냉각 시스템은 액체 냉매가 증발하면서 열을 흡수해 냉각이 이뤄지는 방식으로, 구조와 단순해 널리 사용되고 있지만 불화온실가스를 냉매로 사용한다는 단점이 있다.
연구팀이 개발한 역 브레이튼 사이클(압축→열교환→팽창→냉각) 시스템은 기체를 압축한 뒤 열교환과 팽창을 거쳐 저온의 기체를 만드는 방식으로 액체 냉매 없이도 냉각이 가능하다.
그동안 시스템을 설계·제작하는 기술의 난도가 높아 냉동 시스템에 적용하지 못했는데, 연구팀은 압축기와 팽창기, 모터를 하나의 축으로 연결하는 컴팬더 시스템을 개발해 효율을 높였다.
개발한 시스템을 통해 한 시간 만에 공기를 영하 60도 이하로 냉각하는 데 성공했다.
영하 50도 이하에서는 기존 증기 압축식 시스템보다 냉동 효율이 더 높으며, 이론적으로는 영하 100도까지 냉각이 가능하다고 연구팀은 설명했다.
연구책임자인 이범준 박사는 “영하 100도 이하의 냉열을 생산할 수 있도록 성능 개선을 진행하고 있다"며 “초저온 냉열이 필요한 반도체 공정, 의약, 바이오 분야에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
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