극저온 가스액화 플랜트에 적용할 수 있는 고집적, 고효율 마이크로채널 열교환기가 세계 최초로 개발됐다.

한국기계연구원(원장 임용택) 열공정극한기술연구실 최준석 박사팀은 LNG플랜트사업단에서 수행하는 ‘마이크로채널 기반의 열교환기술 개발 사업(참여기업 : 탱크테크)’을 통해 고집적 열교환기 설계기술 및 확산접합을 이용하는 마이크로채널 열교환기의 제작기술을 확보, 극저온 환경에서의 성능시험으로 이를 검증했다.

마이크로채널 열교환기(Micro channel heat exchanger)란 1mm 이하의 크기로 유로(유체가 흐르는 통로)가 구성되는 열교환기다. 일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체의 열을 저온으로 전달하는 역할을 한다. 보통 수mm에서 수십mm 크기의 유로를 가진 것과 달리 마이크로채널 열교환기는 단위부피당 전열면적이 크므로 열전달 효율이 높고 집적도가 높아 소형화에 유리한 것이 특징이다.

최준석 박사팀은 채널유로형상을 금속박판에 식각해 이를 적층하고 극한 환경에 적용할 수 있도록 확산접합 방식으로 열교환기를 제작했다. 특히 기존 열교환기에 비해 1/5 이상 소형화되면서도 고효율화에 유리한 마이크로채널을 집적시켰고 플랜트에 적용할 수 있도록 열교환 용량을 대형화 시켰다.

연구팀은 대면적 확산접합 기술 및 장비를 국내 최초로 독자개발 함으로써 고집적 마이크로채널 열교환기를 플랜트에 적용할 수 있게 됐다. 열교환기의 소형화로 전체 플랜트 크기 축소가 가능하며 효율도 높아져 경제적이라는 점이 장점이다. 특히 가스액화를 위해 -162도씨의 극저온에 대응 가능한 제조공정을 개발함으로써 LNG플랜트에 적용할 수 있는 열교환기 원천기술을 확보해 신뢰성을 검증했다.

최준석 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 말했다.

한편 마이크로 채널 유로 설계 및 확산접합 장비 관련 현재 10여 건의 특허가 등록돼 있으며 극저온 분야 이외에 초고온·초고압 등 다양한 응용분야에 적용하려는 연구가 수행 중이다.