KITECH 생산기술 전문지

본 기술은 산업공정에서 발생하는 폐열을 효율적으로 회수하고 에너지로 재활용하기 위한 PCM(Phase Change Material, 상변화물질) 적용 판형 열교환기에 관한 것이다. 열교환기 내부에 PCM을 직접 충진하여 열교환과 동시에 축열이 가능한 구조를 구현함으로써, 폐열의 시간적 변동성을 극복하고 필요 시 저장된 열을 재방출할 수 있는 고효율 열관리 시스템을 제시한다. 기존의 다관형 및 판형 열교환기가 가지는 복잡한 구조, 열손실, 유동 불균형 등의 문제를 개선하였으며, 고온·저온 유체와 PCM 간의 삼중 열교환 구조를 통해 다중 유체 간 열전달을 실현하였다. PCM부는 파라핀계·염화물계·무기수화염계 물질로 구성될 수 있으며, 작동 온도 범위는 40~120℃로 PCM 종류를 변화시켜 조절이 가능하다. 기존 대비 열교환 효율과 축열량이 향상된 복합형 열교환기로서, 산업폐열 회수, 히트펌프, 공조 시스템, 냉난방 통합 시스템 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이를 통해 에너지 절감, 장치 소형화, 유지보수 용이성, 탄소배출 저감 등 산업적·환경적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

상변화물질, PCM, 잠열, 열에너지 저장, 열교환기

최근 AI, 빅데이터, 클라우드, IoT, 그리고 블록체인과 같은 IT와 AI의 사용이 증가됨에 따라, 데이터센터 계산 부하가 폭발적으로 증가하있으며, 글로벌 데이터 센터의 에너지 소비량은 전체 에너지 소비의 1 %(240 ~ 340 TWh) 차지하고, 온실가스 배출량도 전 세계 배출량의 약 1 %(330 MtCO2eq.)를 차지한다. 일반적인 기본 데이터센터는 공기를 냉각매체로 이용하여 이중마루 하부를 통해 공급하여 서버를 냉각하는 방식을 사용하고 있으나, 이 방법으로는 급증하는 데이터센터의 열부하를 냉각시키기에는 한계점에 도달했다. 이를 해결하기 위한 기술이 액침 냉각 기술이다. 액침 냉각(immersion cooling)은 서버 전체를 비전도 액체로 침지하는 기술로서 작동 유체의 상변화 유무에 따라 단상(single-phase) 액침 냉각과 다상 (또는 2상, two-phase) 액침 냉각으로 구분된다. 작동 유체가 공기보다 열전도도 및 비열이 높은 서버 발열 부품이 직접 접촉하기 때문에 높은 열전달 효율을 가지며, 작동 유체의 온도를 공기 냉각대비 높게 유지가 가능하여 더운 날씨에도 칠러 등 냉동 사이클 없이 프리 쿨링(free cooling)이 가능한 장점이 있다[1-2]. 그리고, 최근 탄소중립 및 온실가스 규제에 관련한 이슈가 국내외에 대두되고 있으며, 이에 따라 온실가스와 관련된 CFO/HFC 등의 냉매에도 국제 산업 무역규제 강화로 인한 친환경 절연유 적용 냉매 기술 개발이 필요하다. 다만, 향후 2016년 키갈리 개정의정서 합의에 따라 국내에서도 지구온난화 방지에 대한 노력으로 High GWP(Global Warming Potential) 냉매(절연유 포함)의 감축 및 친환경 냉매이용 급부상하고 있다. 따라서, 최근에는 이를 해결하기 위하여, 다양한 연구가 진행되고 있으며, 친환경 절연유의 조성 변화 또는 운전조건의 변화에 따른 냉동 성능특성에 대한 연구가 진행되고 있다[3-5]. 본 해설서는 이러한 친환경 절연유의 제조 방법을 인공지능 기법을 적용한 구매자 요구를 반영한 액침냉각용 친환경 절연유 제조 및 검증 시스템을 설명하여, 친환경 절연유를 적용하는 연구에 기여하고자 한다.

액침냉각, 비전도 작동유체, 열교환기, 친환경

최근 AI, 빅데이터, 클라우드, IoT, 그리고 블록체인과 같은 IT와 AI의 사용이 증가됨에 따라, 데이터센터 계산 부하가 폭발적으로 증가하있으며, 글로벌 데이터 센터의 에너지 소비량은 전체 에너지 소비의 1 %(240 ~ 340 TWh) 차지하고, 온실가스 배출량도 전 세계 배출량의 약 1 %(330 MtCO2eq.)를 차지한다. 일반적인 기본 데이터센터는 공기를 냉각매체로 이용하여 이중마루 하부를 통해 공급하여 서버를 냉각하는 방식을 사용하고 있으나, 이 방법으로는 급증하는 데이터센터의 열부하를 냉각시키기에는 한계점에 도달했다. 이를 해결하기 위한 기술이 액침 냉각 기술이다. 액침 냉각(immersion cooling)은 서버 전체를 비전도 액체로 침지하는 기술로서 작동 유체의 상변화 유무에 따라 단상(single-phase) 액침 냉각과 다상 (또는 2상, two-phase) 액침 냉각으로 구분된다. 작동 유체가 공기보다 열전도도 및 비열이 높은 서버 발열 부품이 직접 접촉하기 때문에 높은 열전달 효율을 가지며, 작동 유체의 온도를 공기 냉각대비 높게 유지가 가능하여 더운 날씨에도 칠러 등 냉동 사이클 없이 프리 쿨링(free cooling)이 가능한 장점이 있다[1-2]. 그리고, 최근 탄소중립 및 온실가스 규제에 관련한 이슈가 국내외에 대두되고 있으며, 이에 따라 온실가스와 관련된 CFO/HFC 등의 냉매에도 국제 산업 무역규제 강화로 인한 친환경 절연유 적용 냉매 기술 개발이 필요하다. 다만, 향후 2016년 키갈리 개정의정서 합의에 따라 국내에서도 지구온난화 방지에 대한 노력으로 High GWP(Global Warming Potential) 냉매(절연유 포함)의 감축 및 친환경 냉매이용 급부상하고 있다. 따라서, 최근에는 이를 해결하기 위하여, 다양한 연구가 진행되고 있으며, 친환경 절연유의 조성 변화 또는 운전조건의 변화에 따른 냉동 성능특성에 대한 연구가 진행되고 있다[3-5]. 본 해설서는 이러한 친환경 절연유의 제조 방법을 인공지능 기법을 적용한 구매자 요구를 반영한 액침냉각용 친환경 절연유 제조 및 검증 시스템을 설명하여, 친환경 절연유를 적용하는 연구에 기여하고자 한다.

액침냉각, 비전도 작동유체, 열교환기, 친환경

"기존의 탄소배출 저감 기술이 시스템과 공정 단위의 구성과 적용에 있었다면, 최근에는 탄소배출 저감을 직접 실현이 가능한 핵심 요소 부품 발굴 및 개발로 변화되고 세분화되는 실정이다. 환경 친화적인 작동 유체인 이산화탄소는 이상적인 물리적 및 이송 특성을 보유하여 고효율 브레이튼 전력 변환 사이클, 혁신적인 냉동 및 히트 펌프 시스템에 확대 사용되고 있습니다[1]. 이 기술 중에서도 초임계 CO2 브레이튼 사이클은 높은 밀도의 이산화탄소를 사용함으로써 압축기의 일을 최소화하여 열효율이 높고, 작동 압력이 임계점 (72.8 기압) 보다 높게 유지되기 때문에 사이클 전체 부피가 감소되는 장점으로 인해 유망한 전력 시스템 중 하나로 주목받고 있습니다[2~3]. PCHE는 판형 소형 열교환기로, 중심부는 스테인리스 스틸이나 인코넬 합금과 같은 합금으로 만든 얇은 판(두께 1.5~3 mm)으로 구성되며, 유동 채널은 화학적 에칭 공정을 통해 제조되어, 이 플레이트가 서로 겹쳐서 확산 접합 공법을 사용하여 접합된다. 접합된 블록들이 함께 용접되어, PCHE의 코어를 구성하고 헤더는 코어에 연결되어 외부 연결용으로 사용된다. 본 원고는 초임계 사이클에 적용되는 PCHE는 판형 소형 열교환기의 이론적 해석과 실험적 결과를 비교 분석하여, 향후 초임계 사이클에 적용되는 PCHE는 판형 소형 열교환기 기본 설계의 주요 요소들 도출하여 추후 설계에 참조하고자 한다."

극저온 냉동기, 인쇄회로 열교환기PCHE(Printed Circuit Steam Generator), 실험, 해석

최근 AI, 빅데이터, 클라우드, IoT, 그리고 블록체인과 같은 IT와 AI의 사용이 증가됨에 따라, 데이터센터 계산 부하가 폭발적으로 증가하있으며, 글로벌 데이터 센터의 에너지 소비량은 전체 에너지 소비의 1 %(240 ~ 340 TWh) 차지하고, 온실가스 배출량도 전 세계 배출량의 약 1 %(330 MtCO2eq.)를 차지한다. 일반적인 기본 데이터센터는 공기를 냉각매체로 이용하여 이중마루 하부를 통해 공급하여 서버를 냉각하는 방식을 사용하고 있으나, 이 방법으로는 급증하는 데이터센터의 열부하를 냉각시키기에는 한계점에 도달했다. 이를 해결하기 위한 기술이 액침 냉각 기술이다. 액침 냉각(immersion cooling)은 서버 전체를 비전도 액체로 침지하는 기술로서 작동 유체의 상변화 유무에 따라 단상(single-phase) 액침 냉각과 다상 (또는 2상, two-phase) 액침 냉각으로 구분된다. 작동 유체가 공기보다 열전도도 및 비열이 높은 서버 발열 부품이 직접 접촉하기 때문에 높은 열전달 효율을 가지며, 작동 유체의 온도를 공기 냉각대비 높게 유지가 가능하여 더운 날씨에도 칠러 등 냉동 사이클 없이 프리 쿨링(free cooling)이 가능한 장점이 있다[1-2]. 그리고, 최근 탄소중립 및 온실가스 규제에 관련한 이슈가 국내외에 대두되고 있으며, 이에 따라 온실가스와 관련된 CFO/HFC 등의 냉매에도 국제 산업 무역규제 강화로 인한 친환경 절연유 적용 냉매 기술 개발이 필요하다. 다만, 향후 2016년 키갈리 개정의정서 합의에 따라 국내에서도 지구온난화 방지에 대한 노력으로 High GWP(Global Warming Potential) 냉매(절연유 포함)의 감축 및 친환경 냉매이용 급부상하고 있다. 따라서, 최근에는 이를 해결하기 위하여, 다양한 연구가 진행되고 있으며, 친환경 절연유의 조성 변화 또는 운전조건의 변화에 따른 냉동 성능특성에 대한 연구가 진행되고 있다[3-5]. 본 해설서는 이러한 친환경 절연유의 제조 방법을 인공지능 기법을 적용한 구매자 요구를 반영한 액침냉각용 친환경 절연유 제조 및 검증 시스템을 설명하여, 친환경 절연유를 적용하는 연구에 기여하고자 한다.

액침냉각, 비전도 작동유체, 열교환기, 친환경

에폭시 수지는 우수한 기계적 강도, 접착력, 전기 절연성, 내화학성을 가지고 있어 전자 재료, 복합재, 접착제, 코팅 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되어지고 있다. 그러나 에폭시 수지는 경화후에 가교결합으로 인해 재가공이나 용해가 불가능하여 환경문제를 야기한다. 최근 탄소중립 및 순환경제 실현에 대하여 관심이 커지면서 에폭시 수지의 재활용 및 바이오기반 대체 원료를 사용하는 기술에 대한 연구가 급격히 증가하고 있다. 본 글에서는 에폭시 수지의 재활용 기술 동향과 바이오기반 대체 원료 연구, 그리고 향후 발전 방향성을 고찰하였다. 특히 동적공유 결합 가진 비트리머(Vitrimer) 에폭시 수지에 특징을 및 재활용 기술을 논의하였다. 이를 통해 열경화성 에폭시 수지의 문제을 해결하고 순환경제 개선의 목표 가능성을 제시하고자 한다.

에폭시 수지, 재활용, 바이오 기반 소재, 순환경제, 열경화성 수지

본 연구는 소방안전 빅데이터 플랫폼을 활용하여 화학물질사고의 발생 특성과 위험 요인을 분석하고, 이를 기반으로 한 산업현장 안전체계 구축 방안을 제시한다. 2015년부터 2020년까지의 화학사고 1,868건을 대상으로 연도별 추세, 사고 물질, 사고 유형, 고위험물질 비율 등을 분석한 결과, 화학물질 관련 사고는 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 인화성 물질(휘발유, 경유)에 의한 화재사고가 높은 비중을 차지하였다. 따라서 화학산업에서는 화재 예방 중심의 관리체계 구축과 점화원 통제, 안전교육 강화가 핵심적임을 확인하였고 저비용 예방을 위한 체크리스트를 제안한다. 또한 빅데이터 분석을 통해 사고 예측 및 위험도 평가가 가능한 데이터 기반 안전관리체계로의 전환 필요성이 제기되었다. 본 연구는 향후 산업안전 정책 수립과 화학공정 사고 예방 기술 개발에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

화학사고, 빅데이터, 안전관리, 안전체계

최근 EU CBAM, EU ESPR, EU 배터리 규정, 미국 FPFA 등 주요 교역국의 탄소무역규제가 강화되면서 제품 단위의 탄소정보 산정과 제출이 수출의 필수 요건으로 자리 잡고 있다. 그러나 국내 제조기업, 특히 중소·중견기업은 대기업 중심의 폐쇄형 데이터 관리시스템과 기업별 상이한 보고체계로 인해 △데이터 주권 약화 △플랫폼 난립에 따른 중복 투자 및 생태계 단절 △상호운용성 부족 등 구조적 한계를 겪고 있다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위한 접근으로 데이터 스페이스 기반 산업공급망 탄소관리 데이터 플랫폼의 개념과 설계 방향을 제시하고, 이를 실제 산업 현장에 구현하기 위한 「LCA 기반 탄소관리를 위한 중소·중견기업용 데이터 플랫폼 연구개발 및 실증」 과제의 주요 내용을 소개한다. 데이터 스페이스는 데이터를 기업 내부에 보유한 채 필요한 정보만 신뢰 기반 규칙에 따라 교환하는 분산형 구조로, 데이터 주권 보장, 개방형 생태계 확장, 표준 기반 상호운용성 확보라는 세 가지 핵심 장점을 제공한다. 본 연구에서 제안하는 플랫폼은 기업 간 데이터 종속 구조를 완화하고, 공급망 전 단계의 탄소데이터를 일관된 기준으로 연계·활용할 수 있는 기반을 마련함으로써 국내 제조기업의 탄소무역규제 대응 역량을 높일 수 있다. 아울러 이러한 구조는 탄소정보뿐 아니라 재활용성, 수리가능성, 자원효율성과 같은 지속가능성 정보 관리로 확장될 잠재력을 지니며, 향후 산업 전반의 규제 대응 및 데이터 기반 전환을 촉진하는 역할을 수행할 것으로 기대된다.

데이터플랫폼, 데이터스페이스, 데이터주권, LCA, 탄소발자국