소형 고효율 LNG 플랜트용 열교환기 개발

기계연, 극저온용 마이크로채널 열교환기 기술 확보

한국기계연구원 열공정극한기술연구실 최준석 박사(오른쪽)와 윤석호 박사(왼쪽)가 고집적 마이크로채널 열교환기의 확산접합을 진행하고 있다

아주경제 이한선 기자 = 극저온 가스액화 플랜트에 적용할 수 있는 고집적, 고효율 마이크로채널 열교환기가 세계 최초로 개발됐다.

한국기계연구원은 열공정극한기술연구실 최준석 박사팀이 LNG플랜트사업단에서 수행하는 마이크로채널 기반의 열교환기술 개발 사업을 통해 고집적 열교환기 설계기술 및 확산접합을 이용하는 마이크로채널 열교환기 제작기술을 확보하고 극저온 환경에서의 성능시험으로 이를 검증했다고 18일 밝혔다.

확산접합이란 금속 재료를 밀착시켜 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용해 접합하는 기술로 접합면에 추가 재료가 필요 없어 접합강도가 우수하고 접합면의 변형이 없어 정밀한 형상의 접합이 가능하다.

마이크로채널 열교환기는 1mm 이하의 크기로 유체가 흐르는 유로가 구성되는 열교환기로 온도가 높은 유체의 열을 저온으로 전달하는 역할을 한다.

보통 수 mm에서 수십 mm 크기의 유로를 가진 것과 달리 마이크로채널 열교환기는 단위부피당 전열면적이 크므로 열전달 효율이 높고 집적도가 높아 소형화에 유리하다.

최준석 박사팀은 채널유로형상을 금속박판에 식각해 이를 적층하고 극한 환경에 적용할 수 있도록 확산접합 방식으로 열교환기를 제작했다.

기존 열교환기에 비해 5분의 1 이상 소형화하면서도 고효율화에 유리한 마이크로채널을 집적시켜 열교환기를 제작하고 플랜트에 적용할 수 있도록 열교환 용량을 대형화했다.

연구팀은 대면적 확산접합 기술 및 장비를 국내 최초로 독자개발 해 고집적 마이크로채널 열교환기를 플랜트에 적용할 수 있게 됐다.

열교환기의 소형화로 전체 플랜트 크기 축소가 가능하고 효율도 높아져 경제적이다.

가스액화를 위해 –162℃의 극저온에 대응 가능한 제조공정을 개발해 LNG플랜트에 적용할 수 있는 열교환기 원천기술을 확보해 신뢰성을 검증했다.

최 박사는 “기존 방식의 극저온 가스액화 플랜트용 열교환기는 선진업체들이 독점하고 있어 진입장벽이 있다”며 “이를 돌파하기 위해서는 고집적 고효율 마이크로채널 열교환기와 같은 신기술을 개발해야 연 100억 달러 규모의 가스액화 플랜트 시장 진입이 가능하다”고 밝혔다.

마이크로 채널 유로 설계 및 확산접합 장비와 관련해 현재 10건의 특허가 등록돼 있고 극저온 분야 이외에 초고온, 초고압 등 다양한 응용분야에 적용하려는 연구를 수행 중이다.