헬륨가스 대신 네온가스를 작동유체로 이용
고속 회전으로 유체 팽창시켜 극저온 만드는
팽창기 회전속도 1/3 낮춰 시스템 안정성 확보


한국기계연구원(기계연)은 17일, 국내 최초로 네온가스를 작동유체로 하는 브레이튼 극저온 냉동기 시스템을 개발하고 영하 200℃ 극저온에서 2kW 출력 실증에도 성공했다고 밝혔다.

이번 극저온 냉동기 시스템 개발 및 실증 성공으로 현재 전량 외산에 의존하고 있는 극저온 냉동기 시스템의 국산화를 위한 발판을 다지게 됐다. 해당 기술을 사용하면 천연가스, 수소가스 등을 더 효율적으로 액화할 수 있어 친환경 에너지 활용 확대에도 기여할 전망이다.

기계연 에너지변환기계연구실 염한길 책임연구원 연구팀은 헬륨가스 대신 네온가스를 작동유체로 이용하여, 고속으로 회전하면서 작동유체를 팽창시켜 극저온 조건을 만드는, 팽창기의 회전속도를 1/3 수준으로 낮춰 전체 시스템의 안정성과 수명도 늘렸다.

연구팀은 현재 전량 외산 기술로 운용되고 있는 국내 LNG 운반선에 국산 기술로 만든 극저온 냉동기 시스템을 운용할 수 있도록 후속 연구를 통해 10kW 출력 실증에 도전할 계획이다.

또한, 개발된 극저온 냉각기술을 국산 초전도 케이블 시스템에도 활용해 케이블 코어, 극저온 냉각장치, 부대시설은 물론 설치와 운영까지 초전도 케이블 시스템의 토털 솔루션을 제공할 수 있는 기반도 마련하게 됐다.

아울러 작동온도를 친환경 연료인 수소가스 액화(영하 253℃)에서 천연가스 액화(영하 162℃)온도까지 확대할 수 있어 LNG 분야의 기술 경쟁력 강화와 수소 사회 조기 구현에도 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 기계연의 주요 사업인 ‘미래에너지 대응 극저온 냉각시스템 개발’ 사업의 일환으로 수행됐다.